【研究】合理弃风的风电消纳方法-北极星风力发电网

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风电运维

风力发电受自然来风的影响较大，具有明显的随机性与不确定性。随着大规模风力发电场的快速发展，其接入电力系统而导致的相关问题越来越明显。针对目前国内风电大规模接入受限的问题，以风电场弃风电量与系统为消纳更多风电而增加的调峰投资为约束，提出了利用系统低谷负荷时的合理弃风来提高风电的整体消纳能力的理论研究方法。最后通过利用所建立的风电消纳模型，以东北某区域电网为例进行了计算分析，得到了2015年与2020年在三种不同调峰平衡方式下的风电消纳能力，以期能为东北地区的风电规划与建设工作提供参考。

随着全球能源的不断消耗，美国。日本和欧盟等国际发达国家或组织的能源消费政策不断向着安全、清洁和经济的方向发展。同样，在国内，为了不断切实贯彻可持续发展的能源政策，摆脱长期以来中国能源消费结构以煤炭为主的局面，以及满足在当今经济高速发展的社会背景下国民对低碳环保的意识需求，加快发展绿色、低碳环保的可再生能源势在必行。风力发电是21世纪重要的绿色能源，同时也是新能源中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一，伴着我国向低碳经济转型的发展，风电这种新能源发电模式在我国近几年的能源消费政策中呈现出如火如荼的发展态势。

然而，风电的运行特性与常规能源不同，其出力具有随机性与间歇性的特点，加之我国风电的发展迅猛，以及风电三峡宏伟构想的提出，部分地区电网在风电消纳方面出现了一些问题，如作为2020年前规划建设的7个千万千瓦级风电基地的吉林地区面临的调峰压力日益增大，在电力系统调峰困难时段(如供热期等)已经出现了风电送出受限的情况对于风电消纳。本文在电力系统安全稳定的前提下，从系统运行与经济的角度出发，通过收集整理与分析所获得的风电历史数据，建立了一个基于合理弃风下的风电消纳能力分析模型，以此为基础达到实现风能资源的合理利用以及为相关决策者做出科学决策提供参考的目的。

风电特性分析

风电机组的出力大小取决于风速的高低，风速则又受纬度、地形、气象等因素的影响而具有强烈的随机性和波动性，致使风电场中风机的出力也具有强烈的随机性和波动性，加之我国独特的自然地理条件，风电出力还具有反调峰等特性。本文对东北地区风电出力的分布特性与反调峰特性进行分析。

1分布特性

在统计学中，常用数据的集中趋势与离散程度来刻画所研究对象的分布特性，本文同样从此思路出发对风电数据进行分析。目前所获得的风电出力数据为一组等时间间隔下的观测数据，即一组离散数据;本数据在不考虑时间尺度的情况下是一簇一维数据，对一维离散数据的处理方法较多，为消除风电装机容量随时间变化对分析产生的影响，在此利用“极差归一化”的思路对其进行处理。

图1中，虚线曲线为MATLAB的dfittool工具箱拟合而得的威布尔分布曲线此威布尔分布曲线与气象学中统计分析得出的风速呈威布尔分布相似，这也从侧面论证了极差归一化方法在对风电出力数据分析处理的合理性。同时可知，风电出力的分布特性呈现威布尔分布特性。

２反调峰特性

所谓风电反调峰特性是指风电出力波动与电网负荷波动具有相反的波动特性，即呈现反相关关系:电网负荷值较小时风电出力较大;反之，负荷值较大时风电出力较小。图2为东北地区某月8928个采样点的风电出力与电网负荷波动情况对比图。

观察图2可知，电网负荷数据体现出较强的周期波动性，较好的反映了负荷的周期性变化;而风电出力则规律性较弱，且出力较大时多为负荷低谷时段，即负荷低谷时段风电出力相对较大，负荷高峰时段风电出力相对较小，呈现出反调峰特性。

风电消纳能力分析

１以调峰容量为约束的风电消纳方法

从调峰角度看，限制电网消纳风电能力以及产生弃风的原因在于系统调峰能力不足，常规机组在负荷低谷时段难以降低出力以接纳更多风电。我国风电大规模接入地区(如甘肃吉林等)，在极端情况下(负荷低谷时段)，常规机组在较小出力的基础上是否有足够的降低裕度来满足风电的接入，即低谷负荷时段的调峰能力是限制风电大规模接入的关键条件。电力系统用于计算调峰容量的简化示意图如图3所示：

常规的风电消纳能力分析方法是通过计算电力系统中剩余的调峰容量，进而计算出电力系统的风电消纳能力。电力系统剩余调峰能力的大小在很大程度上可以决定系统消纳风电能力的大小，这从电力系统运行角度来衡量风电消纳能力是符合客观事实的，但在系统调峰容量不变的情况下通过何种方法使风电上网电量最大化且满足经济最优，以及如何规划电力系统发展过程中(包括风电装机容量的变化以及调峰容量的变化)风电场的建设规模此方面的相关研究较少，同时，传统方法没有考虑合理弃风所带来的经济效益，且对历史数据的挖掘不够深入。

２变桨系统故障

基于合理弃风的风电消纳模型构建由于风电出力的不确定性，致使风电场满发或接近满发的概率很低，且由于风电的反调峰特性，少数风电尖峰出力大都发生在负荷低谷时段，系统只能在更大范围内压缩常规电源出力才能消纳较多的风电尖峰出力，在这种情况下系统运行的安全性与经济性均得到不保障。在保证系统安全运行的前提下，考虑到风电的反调峰特性，通过放弃负荷低谷时段且较低概率下的部分风电出力，使风电上网价值量与为消纳此部分风电而增加的调峰投资持衡，即从投资决策角度出发，只要新增风电场的年平均上网电量的价值量大于投资建设风电场的资金量，就应该增加建设风电场，因为此时增加风电并网容量可以获利在此思路下构建目标函数，如式(9)所示：

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