电网风电接纳能力分析

( 1. 河北省电力研究院, 石家庄 050021; 2. 河北省电力公司, 石家庄 050021)
摘要: 针对河北省南部电网电源结构和负荷特性, 介绍调峰特 性的分析原则和计算方法, 得出低谷负荷的调峰裕度, 给出河 北省南部电网 十二五 期 间风电接纳能 力, 为风电 并网规划 提供参考。 关键词: 风力发电; 调峰特性; 风电接纳能力; 电网规划 Abstract: According to load characteristics and power source con figuration of Hebei So uthern Po wer G rid, this paper introduces analysis pr inciple and calculation method of peak load regulation characteristic, gets peak reg ulation capacity of valley load, gives the maximum wind power penetration into Hebei Southern Pow er Grid in the period of the 12th fiv e years, to provide reference fo r prog ramming o f w ind farm integrating . Key words: wind power; peak load regulation characteristics; maximum wind pow er penetration; pow er g rid programming 中图分类号: T M 614 文献标志码: B 文章编号: 1001 9898( 2011) 01 0031 03
50% 考虑; 供热煤电机组, 采暖期最小技术出力按机
பைடு நூலகம்
组容量 70% 考虑, 非采暖期最小技术出力按机组容 量 50% 考虑。
g. 新能源发电机组( 生物能机组、矸石机组、企
业自备机组、风力机组、光伏发电) 和网内其他机组 不参与调峰。
2. 2 计算方法[ 4]
系统低谷负荷调峰能力是指系统低谷负荷时,
MW
项目 系统备用 3%
调峰裕度 系统备用 5%
调峰裕度 系统备用 8%
调峰裕度
2011 年 1 534 1 319
995
2012 年 1 410 1 177
827
2013 年 1 425 1 173 795
2014 年 1 392 1 120 711
2015 年 1 370 1 076 634
计算表明, 若电网负荷水平增加或降低 5% , 可 使系统 低 谷 负 荷 时调 峰 裕 度 增 加 或 降 低 5% ~ 11% ; 若负荷备用率降低为 5% 或 3% , 可使系统低 谷负荷时调峰裕度大幅增加。若负荷备用率降低为 5% , 2015 年低谷负荷调峰裕度为 1 076 M W, 增加 70% ; 若负荷备用率降低为 3% , 2015 年低谷负荷调 峰裕度为 1 370 M W, 增加 116% 。因此, 受系统调 峰能力的限制, 河北南网 2011- 2015 年可接纳风电 出力为 634~ 1 370 M W。
表 2 河北南网 2006- 2015 年冬季及节假日最大峰谷差率
项目
冬季最大 峰谷差率
2006
年
2007
年
2008
年
2009
年
2010
年
20112015 年
0. 382 0. 386 0. 386 0. 402 0. 413 0. 410
冬季最大峰谷 差与年最大 0. 330 0. 288 0. 347 0. 332 0. 332 0. 380 负荷比值
V ol. 30 No. 1 Feb. 2011
河北电力技术
HE BE I ELECT RIC PO WER
第 30 卷 第 1 期 2011 年 2 月
电网风电接纳能力分析
Analysis on Maximum Wind Power Penetration into Power Grid 李晓明1, 戎士洋1, 李晓龙2, 张 章1, 王凯红1
计算方法[ J] . 电网技术, 2010, 34( 2) : 129 132. [ 2] 张 宁, 周天睿, 段长刚, 等. 大 规模风电 场接入对 电力系统 调
峰的影响[ J] . 电网技术, 2010, 34( 2) : 152 158. [ 3] 王芝茗, 苏安龙, 鲁 顺. 基手电力平衡的辽宁电网接纳风电能
小技术出力 PGm in = PG凝汽 50% + P G供热 70% ,
系统调峰容量
P 调峰 =
P
* G2
-
P Gmin 。
3 河北南网低谷负荷调峰裕度分析
- 2015 年冬季典型日和节假日低谷负荷调峰裕度
计算结果, 见表 3。
表 3 低谷负荷调峰裕度计算结果
MW
项目
冬季典型 日调峰裕度
节假日 调峰裕度
组出力后, 即为高峰负荷和低谷负荷时, 参与调峰机
组的有功出力
P
* G1
和
P
* G2
。P
* G1
=
PG1 -
PG自备 ,
P
* G2
=
PG2 - PG自备 , 其中, PG自备 为企业自备机组有功出力,
河北南网自备机组主要考虑邯郸钢铁集团有限责任
公司自备 278 M W 机组。
考虑负荷备 用, 则调 峰机 组的 最大 开 机容 量
2011 年 995
1 631
2012 年 827
2013 年 795
2014 年 711
2015 年 634
1 115
1 235
948
719
2011- 2015 年, 河北南网冬季最大峰谷差逐年 加大, 考虑供热机组 30% 的调峰能 力, 河北南网冬 季低谷负 荷调峰 裕度由 2011 年 的 995 M W 降至
PGmax =
P
* G1
+
PG备用 。调 峰机 组的最 大开 机容 量
PGmax 由供热机组开机容量和纯凝汽机组开机容量 共同构成, 即 PGm ax = PG供热 + PG凝汽 。采暖 期考虑
所有供热机组全部开机, 则 PG凝汽 = P Gmax - P G供热 。
若考虑供热机组有 30% 的调峰能力, 则调峰机组最
37. 62
37. 19
抽水蓄能 所占比例
4. 73
4. 33
3. 91
3. 82
3. 55
3. 24
风电所 占比例
1. 62
1. 70
1. 73
1. 87
1. 92
2. 55
其它所 占比例
0. 48
0. 44
0. 39
0. 39
0. 37
0. 34
由表 1 可知, 河北南网 2010- 2015 年各电源中 供热煤电所占比例迅速增加。由于冬季供热机组承 担供热任务, 调峰能力受限, 因此供热机组所占比例 的增加, 使冬季电网调峰能力下降。河北南网 20062015 年冬季、节假日最大峰谷差情况, 见表 2。
可调峰机组出力减去可调峰机组最小技术出力的差
值。将峰谷差定义为 , 高峰负荷定义 为 P L高峰 , 则 低谷负荷 PL 低谷 = P L高峰 。将负荷备用率定义为 , 则负荷备用容量 P G备用 = P L 高峰 。假设 PG1 、PG2 为河北南网高峰负荷和低谷负荷时, 网内电源有功
出力, P联络线 为网间联络和特高压送电功率, 不考虑 网损 情 况 下, 高 峰 负 荷 时 P L 高峰 = PG1 + P L 抽蓄 + P联络线 , 低 谷 负 荷 时 P L低谷 + P L抽蓄 = P G2 + 50% P联络线 , 由此可知 PG1 = PL低谷 - PL抽蓄 - P联络线 , PG2 = PL 低谷 + PL 抽蓄 - 50% P联络线 , 其中, PL 抽蓄 为抽水蓄能 机组有功出力。从上述有功电源出力中扣除自备机
节假日 峰谷差率
0. 416 0. 308 0. 297 0. 320 0. 332 0. 320
节假日峰谷差 与全年最大 0. 256 0. 159 0. 171 0. 175 0. 193 0. 179 负荷比值
2 调峰特性的分析原则和计算方法
2. 1 分析原则
a. 各类机组调峰安排应考虑网络的安全约束。 b. 选取冬季最大峰谷差日进行调峰平衡分析。 在冬季采暖期, 供热机组采取 以热定电 方式运行, 调峰能力受限, 因此, 冬季低谷负荷时系统调峰容量 不足。同时考虑到冬季节假日负荷较低, 峰谷差偏 大, 而电网运行机组中供热机组比重大, 调峰压力非 常大, 需要对节假日进行调峰平衡分析。
目前, 河北省南部电网( 简称 河北南网 ) 已建 成投产风电场 3 座, 总装机容量达 297 M W, 接入电 网运行已成为河北南网风电大规模发展的前提。与 火力发电、水力发电等常规发电方式相比, 风力发电 的有功出力具有随机性、间歇性和不可控性的特点, 使风电并网时必须由常规能源为其有功出力提供补 偿, 以确保安全可靠供电。电力系统可接纳风电容 量受电网输送能力、调峰能力、稳定水平、电压波动 等因素影响, 其中电网可为风电提供的调峰能力是 最根本的制约因素[ 1 3] 。
表 1 河北南网 2010- 2015 年电源结构情况
%
项目 2010 年 2011 年 2012 年 2013 年 2014 年 2015 年
纯凝煤电 所占比例
62. 11
59. 47
58. 36
56. 92
56. 54
56. 68
供热煤电 所占比例
31. 06
34. 06
35. 61
37. 00
荷备用率等因素的影响, 河北南网 2011- 2015 年可 接纳风电出力为 634~ 1 370 MW。
c. 为提高风电接纳能力, 建议加强风电场运行 管理, 开展风功率预测与控制技术研究, 分析影响火 电机组常规调峰最小技术出力的因素, 合理挖掘火 电机组调峰能力, 为风电机组并网创造条件。
参考文献: [ 1] 衣立冬, 朱敏奕, 魏 磊, 等. 风 电并往后 西北电网 调峰能力 的
表 4 冬季负荷波动对调峰裕度的影响
MW
项目
负荷增加 5% 调峰裕度
负荷降低 5% 调峰裕度
推荐负荷方 案调峰裕度
2011 年 1 046
944 995
2012 年 882 772 827
2013 年 855 736 795
2014 年 775 647 711
2015 年 703 565 634
表 5 冬季系统备用对调峰裕度的影响
1 河北南网电源结构及负荷特性分析
河北南网是以火电为主的电网, 火电机组容量 占总装机容量的 93% 左右, 常规水电装机容量小, 且大多为 以水定电 , 不具备调峰能力, 因此河北南 网的调峰主要由火电机组承担。根据统计数据和规 划材料, 河北南网 2010- 2015 年电源结构情况, 见
表 1。
收稿日期: 2010 09 19 作者简介: 李晓明( 1982- ) , 男, 工程师, 主要从事电网规划研究工作。
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河北电力技术
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c. 将点对网送电容量、网间联络线送电容量和
2015 年 634 M W, 呈总体降低趋势。节假日期间低 谷负荷调峰裕度由 2011 年的 1 631 M W 降至 2015 年 719 M W, 呈总体降低趋势。
4 河北南网风电接纳能力分析
冬季低谷负荷时的调峰裕度即电网可为风电提
供的调峰能力。系统调峰裕度受电网负荷水平、负
荷备用率等因素影响, 考虑电网负荷 5% 波动, 负 荷备用率为 3% 、5% 、8% 时, 冬季低谷负荷调峰裕 度的变化情况见表 4, 表 5。
特高压最小 送电容 量, 按 照最大 送电容 量的 50% 考虑。
d. 旋转备用( 热备用) 按照 8% 考虑, 其中负荷
备用 3% , 事故备用 5% 。 e. 截止 2010 年底, 河北南网抽水蓄能 装机容
量 1 011 M W, 调峰性能按 200% 考虑; 常规水电装
机容量小, 系统调峰不考虑常规水电。 f. 纯凝气煤电机组, 最小技术出力按机组容量
5 结论
依据以上分析原则和计算方法, 河北南网 2011 32
a. 河北南网可接纳风电能力, 主要由系统冬季
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低谷负荷时可为风电提供的调峰能力决定。 b. 通过调峰平衡分析, 考虑系统负荷水平、负