山西电网消纳风电能力的计算分析

图 1 山西省历年风电装机容量（单位：万千瓦）
收稿日期：2014-2-19 作者简介：李娜（1977-），女，山西临汾人，硕士，工程师，主要研究方向：电网运营监测管理。
计算机时代 2014 年 第 8 期
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1.2 山西电网风电运行概况 2012 年，山西省风电最大发电负荷 149.8 万千瓦，占全省风
由于山西水资源短缺，水电机组相对较少，山西电网机组 调峰能力十分有限。正常情况下，山西电网峰谷差达到 350~ 400 万千瓦，2012 年最大峰谷差达到 571.4 万千瓦，峰谷差率 23.6%。
山西省火电机组多是空冷，其调峰性能受季节影响而波 动。在电源集中的北部电网，其中 60%是供热机组，“以热定 电”使调峰性能存在一定瓶颈，在冬季风电大发季节，供热机组 全部运行，受供热影响，机组调峰能力不到 20%，即便安排非供 热机组单机运行，依然存在发电容量超盈余，调峰容量不足的 问题。
文章编号：1006-8228(2014)08-24-03
Computing analysis for wind power integration capacity into Shanxi power grid
Li Na, Zhang Haijiang （Shanxi Electric Power Corporation, Taiyuan, Shanxi 030001, China） Abstract：With the rapid development of wind farms connected with Shanxi power grid, the peak load regulation of power grid has become the main constraint condition to wind power integration capacity. Based on the feature that Shanxi is poor in hydroelectric resources and rich in thermal power, and by considering characteristics of loads power sources, the ability of peak load regulation of Shanxi power grid and the impacts of wind power are analyzed. A computing method for wind power integration capacity into Shanxi power grid is proposed. Using the computing, the range of wind power integration capacity is obtained. The specific measures to increase the capacity of wind power are proposed. The practice shows that this computing method is correct and can improve the capacity of wind power integration. Key words： wind farms connected with power gird； power system； wind power integration capaticy； peak load regulation； computing method
山西电网向南通过 1000 千伏长治-南阳-荆门特高压线路 与华中电网联络，每年 10 月中下旬至次年 5 月中下旬向华中输 送电力。华中电网水电装机充裕，2012 年底水电装机容量 8473.61 万千瓦，占总装机的 41.7％，具有较强的机组调峰能力， 特高压联络线送电峰谷差存在较大调节裕度。 2.4 电网风电消纳能力计算分析
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Computer Era No. 8 2014
山西电网消纳风电能力的计算分析
李 娜，张海江
(山西省电力公司，山西 太原 0300纳风电的主要因素。结合山西省水电贫乏、火
电供热机组增多等特点，并考虑负荷特性、电源特性，分析了山西电网的调峰能力和风电对电网调峰能力的影响，提出了
电装机容量的 75.8%，占当时全省发电负荷的 5.72%。山西电 网风电最大逆调峰幅度为 80.4 万千瓦，使全网的调峰幅度增加 了 15.98%，对电网调峰造成了一定的困难。
2012 年，风电功率波动性对电网的影响日益增加，全省风 电 1 分钟最大变化幅度达 11.5 万千瓦，5 分钟最大变化幅度达 27.6 万千瓦，15 分钟最大变化幅度达到 28.9 万千瓦，对全网的 功率调节造成较大的干扰。 1.3 电网调峰压力持续加大
山西电网调峰主要由省调机组承担，火电机组占有绝对主 导地位。山西省冬季气候寒冷，供热期约四个月，在北部大同、 朔州等寒冷区域，冬季最冷月平均低温在零下 15 度以下，供热 期可达 5 个半月 。 [6] 2012 年底省调机组中供热机组容量达到 1700.5 万千瓦，占火电装机的 45.3％。供热期供热机组的调峰 能力大幅降低，为满足对外供热和设备防冻条件，机组的最大、 最小出力均受到限制，调峰能力不足 20％。在冬季供热机组全 开情况下，电网的调峰压力巨大。
2012 年底山西风电装机总容量达 197.5 万千瓦，2013 年底 达到 315 万千瓦。2013~2017 年山西电网将有 890 万千瓦风电 接入。随着风电的陆续投产，山西电网的调峰能力将面临严峻 的考验。
2 山西电网消纳风电能力计算分析
电力系统消纳风电容量受电网调峰能力、输送能力、电压 波动、稳定水平等因素影响[5]，其中电网可为风电提供的调峰能 力是最根本的制约因素。如果并网风电超过电网可为风电提 供的调峰极限，电网将难以平衡风电出力。
发电电源中火电机组调峰能力差别较大，供热机组在冬季 供热期调峰能力仅有 15%，其他机组调峰能力在 50%左右，根据 电网近年来实际运行情况，火电机组调峰能力在 33%-35%。 计算中按照省调发电机组加权平均，考虑一定的出力受阻，省 调火电机组调峰能力在 33%左右。
山西电网可调节水电机组万家寨和龙口电厂，按照各开两 台机组考虑，可以提供 56 万千瓦的调峰能力。调用西龙池抽水 蓄能电站机组可以提高山西电网的调峰和风电接纳能力，但西 龙池电站接入忻朔电网，由于北部电网存在窝电问题，西龙池 四台机组不能充分发挥其调峰作用。
随着山西省千万千瓦级风电基地的逐步建成投产，风电在 整个电源中比重逐年增加，电网电源结构更趋复杂，对电网的 影响也逐步增大。由于风电出力随机性、间歇性、反调峰特性 明显[2-3]，给电网调度和调峰带来一定的困难[4]，风电并网、电力 送出和市场消纳已成为当前影响山西电网安全稳定运行和风 电进一步大规模发展的主要问题。
本文结合山西电网水电贫乏，供热机组增多的现状，针对 山西电网消纳风电能力进行计算分析，并提出为消纳风电而采 取的电网运行控制措施。
1 山西电网风电发展现状及运行情况
1.1 山西电网风电发展状况 2008 年 7 月 28 日，山西电网首座风电场－右玉小五台风场
（4.95 万千瓦）并网，拉开了山西风电发展的序幕。自 2008 年 起，山西电网并网风电容量连年翻番。至 2013 年 5 月底，全省 并网风电装机达到 241.9 万千瓦，占省调装机容量的 5.6%，超过 水电成为山西省第二大电源。如图 1 所示。
0 引言
风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源中技术 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 。 [1] 山西省风能资源丰富，具备大规模开发利用的资源条 件。根据山西省发改委《山西省风电接入电网和输电规划研 究》报告，截止“十二五”末，山西省的风电规划总装机将达到 1200 万千瓦。
山西电网消纳风电能力的计算方法。在收集各种实际运行数据的基础上，通过计算分析，得到了山西电网消纳风电能力
容量范围，并据此提出了电网运行控制措施。通过实践运行，证明此计算分析方法基本正确，达到了提高电网消纳能力
的目的。
关键词：风电并网；电力系统；消纳风电能力；调峰；计算方法
中图分类号：TM712
文献标志码：A
2.2 冬季电网调峰能力计算分析
由于冬季供热机组的调峰能力大幅下降，为保证供热，高 峰时段出力不足、低谷时段向下调节能力受限，造成全网调峰 存在较大困难。冬季全网高峰供热影响出力基本在 90-130 万 千瓦之间，占运行机组可调容量的 3％-5％。
根据省政府《山西省人民政府关于加快推进全省电力建设 的若干意见》，提出了全面实施输煤输电并举战略，确定了到 “十二五”末，全省电力装机确保达到 8000 万千瓦、力争 10000 万千瓦，外送能力确保达到 3000 万千瓦、力争 5000 万千瓦的 发展目标。“十二五”后三年，核准在建、路条及低热值煤等规 划火电项目 315.55 万千瓦，其中供热机组比例高达 66.7％；核 准在建、路条新能源规划项目 104.3 万千瓦 ，其中风电项目 64.2 万千瓦。
按照上述电源发展规划，到“十二五”末，火电机组中供热 机组占比将超过 50％，电源结构不合理的问题将更加突出，进 一步加大冬季供热期的调峰压力。 2.3 联络线功率调节能力分析
山西作为全国电力外送大省，每年向华北及华中电网输送 大量电力。2012 年，山西 500 千伏系统向东通过大房三回线、 神保双、阳北双、潞辛双四个外送通道、九条 500kV 线路与华北 主网连接，向京津唐、河北南网送电。从区域电网用电负荷特 性看，华北京津唐、河北南网的用电峰谷差在 40％-48％左右， 本身电网也面临较大的调峰压力，从技术层面看，通过减少联 络线送电峰谷差提高山西电网调峰能力空间很小。
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综合考虑以上因素，不论是否考虑西龙池参与调峰，山西 电网风电接纳能力为 348.2 万千瓦，若考虑特高压送华中高峰 和低谷容量均为 240 万千瓦（低谷增加 50 万千瓦），可提高风电 接 纳 能 力 83.3 万 千 瓦 ，风 电 接 纳 能 力 可 达 到 431.5 万 千 瓦 。 2013 年底，山西电网实际接入风电 315 万千瓦，还能全额消纳 风电，预计 2014 年将投产风电装机 574 万千瓦，此时，将不能满 足全额消纳的要求。