以电网跟踪备用为约束的风电消纳能力分析模型_王艺博

可再生能源
2015，33（6）
P/MW
900 800 700 600 500 400 300 200 100
0 0
20 40 60 80 100 120 140 t/10 min
图 4 7 月份风电场日出力曲线图 Fig.4 Daily power output curve of wind farm in July
规模风电接入进行了分析论证， 同时也讨论了风 1 电力系统备用容量分类
电出力对系统峰谷差的影响， 并引入了评价指标
为了保证电力系统供电的可靠性以及满足电
收稿日期： 2015-01-18。 作者简介： 王艺博（1989-），男，硕士研究生，研究方向为电力系统风电消纳及配电网规划。 E-mail：469682939@ 通讯作者： 杨德友（1983-），男，博士，主要从事电力系统稳定性分析及大规模可再生能源并网方面的研究工作 。
对于电力系统的备用容量， 如果从整个电力 系统运行的经济性考虑，备用容量不宜过多[19]。 在 保证电力系统运行可靠性与满足用户对电能质量 要求的前提下， 以及考虑到风电场采样数据时间 间隔与电网跟踪备用时间尺度相近的特点， 本文 从系统跟踪备用与风电场自身出力特性两个角度 出发， 把系统跟踪备用容量与量化的风电出力波 动同时率进行综合分析， 用电网的跟踪备用约束 其消纳风电能力的大小， 给出了电网的风电消纳 能力计算方法。 基于风电出力特性以及采样数据 的时间尺度， 本文用电网的跟踪备用约束其消纳 风电能力的大小。 2 风电出力特性分析
对风电接入电网分析时， 可以考虑将风电的 出力波动情况视为负的负荷来进行分析 ，即 [10]，[13] 当大容量风电场并网时， 需要常规发电机组为其 预留出一定的备用容量以平衡风电的出力波动。 另一方面，在《城市电力网规划设计导则》中也指 出：城网规划设计时，电网应对允许接入的分布式 电源留有一定的事故备用容量[21]。
水平与其消纳风电的能力不仅与风能资源及风电 方法。
装机规模有关，还与系统的网架结构、负荷特性、
在电网接纳风电场能力的理论研究和实际工
电源结构及其调节裕度、调度水平、系统的运行计 程应用中， 尚无同时对风电场接入电网后系统跟
划、 电能质量控制指标及系统的稳定性等因素密 切 相 关 [1]~[7]。
踪备用容量以及量化分析风电出力同时率波动来 确定电网风电消纳能力的研究。针对这一问题，本
①调节备用：用来调节 1~10 min 平均发电量 与负荷需求之间的变化， 通常对应电力系统变化 幅度较小的负荷分量；②跟踪备用：用来调节 10 min~1h 平均发电量与负荷需求之间的变化，通常 对应电力系统变化幅度较大的负荷分量； ③不平 衡备用： 用来调节小时平均发电量与负荷需求及 其预测值之间的变化， 其大小受预测准确性和预 测时间的影响。
风电出力特性研究， 论证了火电是大容量风电功 消纳能力。 该方法求解过程简捷，适应性强，便于
率调节的合 理 选 择 ；文 献[9]在 文 献[8]的 基 础 上 ， 实际工程应用， 有利于风电场建设前期的规划阶
确定了对于送出一定容量风电所需配套建设火电 段估算其所接入电网的消纳能力， 从而为风电的
的 容 量 规 模 ；文 献[10]~[12]从 系 统 调 峰 角 度 对 大 发展提供一定的参考。
图 2 7 月份风电出力时序曲线 Fig.2 Wind power output curve in July
由图 1，2 看出，风电出力的变化较为剧烈，呈 现出的规律性较弱。 为了更为清晰地反映风电出 力的变化特性， 分别选取 2 月份与 7 月份某一天 10 min 采样间隔的风电输出日有功功率变化曲线 作为分析对象进行数据处理，如图 3，4 所示。
第 33 卷 第 6 期 2015 年 6 月
可再生能源
Renewable Energy Resources
Vol.33 No.6 Jun. 2015
以电网跟踪备用为约束的 风电消纳能力分析模型
王艺博 1， 杨德友 1， 方 圆 2， 张萌萌 2 （1． 东 北 电 力 大 学 电 气 工 程 学 院 ， 吉 林 吉 林 132012； 2． 黑 龙 江 龙 源 风 力 发 电 有 限 公 司 ， 黑 龙 江 哈 尔 滨 150090）
王艺博，等 以电网跟踪备用为约束的风电消纳能力分析模型
出力同时率的动态变化量；ηi 为同时率；i 为采样 时间间隔数，i=1，2，…n。
对 2 月份与 7 月份同时率数据分析， 选取日 最大同时率与日最小同时率绘制成曲线， 由同时 率差值指标的定义可知， 此最大与最小同时率曲 线所构成的包络域（两条曲线之间的区域）是同时 率差值的极限波动范围， 即同时率差值的任何波 动都将限制在此包络域内，如图 9，10 所示。
P/MW
450 400 350 300 250 200 150 100
50 0
0
20 40 60 80 100 120 140 t/10 min
图 3 2 月份风电场日出力曲线图 Fig.3 Daily power output curve of wind farm in February
·891·
·890·
王艺博，等 以电网跟踪备用为约束的风电消纳能力分析模型
力用户对电能质量的要求， 电力系统电源容量应 大于包括网络损耗和发电厂厂用电在内的系统总 发电负荷； 对于电力系统电源容量大于发电负荷 的部分称为电力系统的备用容量 。 [15]~[19]
电力系统备用容量可以分为热备用和冷备用 或者按其作用划分为负荷备用、事故备用、检修备 用和国民经济备用等[19]。 从时间尺度方面考虑，电 力系统的备用容量可以划分为调节备用、 跟踪备 用与不平衡备用[20]。
本文是以电力系统跟踪备用容量为约束，同 时考虑风电自身出力同时率来计算电网接纳风电 场的能力，所以重点关注以 10 min 为采样间隔的 风电出力波动情况的研究。
本文从东北某风电场获得了 2014 年 1～7 月
以 10 min 为采样间隔的风电出力历史数据。 依据 东北地区供热特点 （供热期：11 月~次年 2 月，共 4 个月；非供热期：3~10 月，共 8 个月），本文摘取 属于供热期的 2 月份与非供热期的 7 月份 10 min 采样数据作为统计分析的对象， 绘制风电出力的 时序曲线，如图 1，2 所示。
·892·
电装机的百分比，即：
ηi=
POwind PGwind
×100%
（1）
式 中 ：POwind 为 风 电 上 网 功 率 ；PGwind 为 对 应 采 样 期
间风电装机容量；最大风电上网同时率；ηi 取值为
0%～100% ； 由 于 风 电 的 实 际 出 力 依 托 于 区 域 风 资
源情况，故当风速小于（或大于）切入风速（切出风
由图 5，6 可知， 以 1 h 为采样间隔的风电输 出功率比以 10 min 为采 样 间 隔 的 风 电 输 出 功 率 变化缓慢， 但后者却能更准确地刻画风电输出功 率的波动特性。
根据图 1～6 的风电出力波动曲线，本文引入 风电上网同时率差值指标来反映风电的波动及出 力特性。 风电上网同时率是指风电实际出力占风
由图 7，8 可知， 此风电场在 7 月份的上网同
时率大部分大于 2 月份的上网同时率， 即在 7 月
份电网消纳了更多的风电。
仅从风电上网同时率难以反映风电采样间隔
下的出力波动的动态变化情况， 本文在风电上网
同时率基础上， 构建了风电出力同时率差值的指
标概念：
di=ηi+1-ηi
（2）
式中：di 为风电出力同时率差值，可以反映出风电
100
80
60
P/MW
40
20
0 05
10 15 20 t/d
25 30
图 9 2 月份风电出力同时率差值波动范围曲线 Fig.9 Simultaneity factor difference of wind power output
in February
100
80
60
P/MW
40
20
P/MW ηi/%
100 2月
80
60
40
20
0 05
7月
10 15 20 t/d
25 30
图 8 2 月与 7 月风电出力日最大同时率时序曲线 Fig.8 Daily maximum simultaneity factor curves of wind
power in February and July
速）时，风电出力同时率为最小，ηmin=0。 图 7，8 分
别 为 风 电 场 2 月 与 7 月 采 样 时 间 尺 度 为 10 min
和每日最大出力同时率的波动情况。
100 80 60 40 20 0
0
2月
7月
1000
2000 t/min
3000
4000
图 7 风电出力同时率时序曲线 Fig.7 Simultaneity factor curves of wind power
1000
800
600
P/MW
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0
1000 2000 3000 4000
t/10 min
图 1 2 月份风电出力时序曲线 Fig.1 Wind power output curve in February
1000
800
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P/MW
400
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0
0
1000 2000 3000 4000
t/10 min
摘 要： 文章在研究风电出力特性及其同时率变化的基础上， 引入相邻两个连续采样间隔下的风电上网同时
率差值指标，通过分析此指标的动态变化情况，以电网跟踪备用为约束条件，计算电网的风电消纳能力。 该方法