风电场群输出功率特性研究

风电场群输出功率特性研究
赵冰 李鸿博 蒋大伟 苑天芬 张真卿
（东北电力大学 吉林 132012）
摘 要：风电具有不确定性和间歇性，从风电接入对电网 影响角度，分析大规模风电群的输出功率特性具有实际意 义。本文利用某省实测功率数据研究不同时间尺度下风电 场群输出功率和波动特性。引入风电场群持续出力和最大 出力同时率概念，揭示了随装机容量增加的输出功率的时 间概率分布特性，为大规模风电接入电网影响分析提供理 论支持。
即 5min 风电场群的整体波动不会超过相当 于其总装机容量 10%范围。随着时间尺度的增加， 波动的概率范围随之增大。
100%
80%
60%
40%
20%
-20%
-10%
0
10%
多风电场功率波动百分数
(5min波 动 量 /1080MWx100%)
20%
图 4 装机容量 1080MW 多风场功率波动统计柱状图
1)通过对风电场群输出功率不同时间尺度的 分析，5min 和 1h 输出功率波动超出其装机容量 的 5%的概率接近为零。风电场群输出功率小时 内最大波动量超过其装机容量的 20%几乎为零。
2) 随风场数目增多，各风电场最大出力的同 时率降低，相关性减弱。总的风场装机容量
(500MW)时，风场综合最大出力仅为总装机容量 的 80%。
关键词：风电场群; 波动特性; 同时率
0 引言
当电网中所接入的风电容量达到一定份额 时，这种间歇性电源接入将给电网带来严重的影 响。随着风电场规模的增大，这种影响越来越严 重。由于风电场之间地理位置和自然风资源的差 异性，风电场群的输出功率特性不同于单个风电 场输出功率特性。客观的认识风电场群的输出功 率特性对整个电网的合理调度，减少备用容量有 重要意义。文献[1]单个风电场的输出功率的概率 分布；文献[2-3]研究风能大规模利用对电网的可 靠性的影响及对风电场不同容量下的最大调度出 力等有关问题，主要集中在单个风电场并网运行 对电网可靠性影响的分析；文献[4-5] 主要针对风 电接入对电网影响研究；传统文献对大规模风电 场群输出功率的特性相关研究较少。本文针对某 省风电的实际情况，通过多个风电场出力实测数 据分析，得出多风电场的整体出力和波动特性。
30%
20%
10%
累计时间概率(%)
0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 多风电场有功出力百分数 (有 功 出 力 /1080MWx100%)
图 6 装机容量 1080MW 多风电场出力概率统计柱状图 （采样频率：1 点/1h）
随着采样频率时间尺度的增加，风电场群的 输出功率的时间概率略有提高。这与实际风电场 输出功率实际情况相符合。
多风电场出力 (单位:MW 采样频率:5min)
1 风电场群出力及波动特性
1.1 5min为采样频率的风电场群输出功率和波 动特性分析 分析以装机容量为 1080MW 的风电场群的
输出功率为例，通过对采样频率 1 点/5min 的输 出功率和波动功率分析获得风电场群的整体有功 出力特性。
1000 500
力在 100~200MW(装机容量的 10%)范围的概率
累计时间概率(%)
多风电场功率波动 (单位:MW 采样频率:5min)
为 15%。输出功率 300~800MW 以每 100MW 输 出功率的范围内的概率统计约为 6%~10%左右， 多风场完全满发的概率为零。
图 3 为多风场（装机容量 1080MW）以 5min 为采样频率下的功率波动曲线图，5min 多风电场 功率波动范围基本在-100~100MW 之间。
1000
一 天 时 间 (h)
500
00
1
2
3
4
5
6
7
一 周 时 间 (天 )
1000
500
00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 一 月 时 间 (天 )
图 5 装机容量 1080MW 多风场不同时间范围内出力曲线 （采样频率：1 点/1h）
图 6 的输出功率的概率统计结果我们可以看 出 10%~20%的装机容量的出力的时间概率最高。 相对 5min 的风电场群的概率统计有所不同。
针对小时级别的风功率波动分析结果如图 7 所示，1h 采样频率下的不同时间范围的风电场群 功率波动曲线。采样频率为 1h 的风电场群输出功
率的波动与 5min 中的功率波动比较，波动范围 和幅度相对增大较为明显。增大到相当与整个装 机容量的 20%(约 200MW)。通过图 8 风电场功率 波动统计可知，功率波动在-30MW~10MW 概率 约为 50%，10MW~60MW 多风场功率概率为 22%。-80MW~ -30MW 的功率波动约为 11%。相 对 5min 的波动概率统计 1h 的波动范围增大（波 动范围在相当于自身装机容量的 10%左右）。
0.4
0.2
00 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 风 场 出 力 百 分 数 (风 场 出 力 时 间/8760x100%)
图 11 总装机容量不同时的风电年持续出力曲线
该曲线反映了不同数量的风电场全年出力波
动特性与持续时间的关系，如图 11 所示。可以看 出单个风场装机容量为 100MW 的零出力概率
400
500
随 风 场 数 目 递 增 的 装 机 容 量 (MW)
图 10 风电实际出力水平与装机容量的关系
风电场群最大出力水平随风电总装机容量增
大而变降低，结果表明风电场群输出功率随着风
场数目和装机容量的增加会减小，且风电装机规
模越大，实际最大出力占总装机容量的百分数越
小。该结论对于研究电网风电接纳能力而言具有
取同一地区内 20 个风电场的数据对多个风 电场的最大输出功率同时率特性分析。随风场数 目递增下的风电场群最大输出功率同时率的求 取，得到多个风电场相同时段内的最大输出功率 之和与装机容量的关系如图 10。
1 0.98
0.94
出力最大值(p.u.)
0.9
0.86
0.82
0.7820
100
200
300
1.2 1h为采样频率的风电场群输出功率和波动
特性分析
图 5 为采样频率为 1h 的风电场群的不同时间
范围的输出功率曲线，相对 5min 风电场群输出
功率，出力范围变化不大。
多风电场出力 (单位:MW 采样频率:1h)
1000
500
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
风电场群的最大波动量即某一时间段的的风 电场群的最大输出功率-最小输出功率的值。被认 为在这一时间尺度下的风功率最大变化值。本文 对以 1h 范围内风电场群总输出功率的最大波动 量的求取分析。
多风电场最大波动量 (单位:MW 尺度:1h)
400
200
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
3）风电总装机容量越大，年持续出力曲线呈 趋缓，风电场群输出功率接近满发和零出力概率
越来越低。
参考文献
[1] 张义斌，王伟胜.风电场输出功率及概率分布.电力设备，2004 [2] 迟永宁，戴慧珠，刘燕华，等.风电接入对电力系统的影响.电网
100
0
-1000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 一 天 时 间 (h)
100
0
-100
0
1
2
3
4
5
6
7
100
一 周 时 间 (天 )
0
-1000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 一 月 时 间 (天 )
图 3 装机容量 1080MW 多风场功率波动曲线 （采样频率：1 点/5min）
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
一 天 时 间 (h) 1000
500
00
1
2
3
4
5
67一 周 时 间 ( Nhomakorabea )1000
500
0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
一 月 时 间 (天 )
图 1 装机容量 1080MW 多风场不同时间范围内出力曲线 （采样频率：1 点/5min）
全体时间的 90%。1h 内最大波动量在 0~25MW 的概率约为在 42%，1h 最大波动量超过 100MW 的时间概率仅占 10%左右，并且最大波动量超过 相当于装机容量 20%的概率几乎为零。随着最大 波动量的不断增加，所占概率百分比呈阶梯性下 降趋势。
2 风电场群输出功率同时率和最大持续出 力
多风电场功率波动 (单位:MW 采样频率:1h)
100 0
-100
5
200
10一
天
时
间
15 (h)
20
0
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1
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一 周 时 间 (天 )
0
-2000 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 一 月 时 间 (天 )
图 7 装机容量 1080MW 多风场不同时间范围波动曲线 （采样频率：1 点/1h）
重要意义。
整个电网中所有风电场输出功率的波动相关
性（或同时性），这里提出采用类似负荷年持续出
力曲线的分析方法，将不同装机容量下的风电场
群，按输出功率变化按各个不同在一年中的累计
持续时间重新排列，形成风电年持续出力曲线。
1 100MW