风电场出力特性与集群效应分析方法研究

!#年第4卷第1期2017 Vol.4 N o.1

南方能源建设

SOUTHERN ENERGY CONSTRUCTION

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DOI： 10 .16516/j.gedi.issn2095-8676.2017 .01.005

风电场出力特性与集群效应分析方法研究

陈雷\卢斯煜2

(1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，广州510663; 2.南方电网科学研究院，广州510080)

摘要：从时间和空间分布的角度，提出风电场时空出力特性的分析框架，包括单一风电场的长期出力特性和短期出力 特性分析、风电场集群长期波动相关性和短期波动互补性的分析方法。利用所提分析框架和指标，以海南文昌风电场 为例，开展风电出力特性分析；以海南文昌（1座风电场）、儋州（2座风电场）、东方（2座风电场）以及海南全省风电 集群为例，开展风电集群效应分析，验证分析框架和指标的实用性和有效性。

关键词：风电；出力特性；集群效应

中图分类号：TM614 文献标志码：A文章编号：2095-8676(2017)01-0031-07

Research on the Analysis Method for Wind Power Generating Output

Characteristic and Cluster Effects

CHENLei1$LUSiyu2$

(1.ChinaEnergy Engineering G roup G uangdong Electric Power Design I nstitu te Co. $Ltd. $Guangzhou510663 $China;

2.Electric Power R esearch I nstitute，CSG，G uangzhou510080，China)

Abstract:A fram ework for w ind power generating output characteristic a nalysis has been proposed from space distribution.The proposed fram ework includes long-term an d short-term generating output wind farm，the relation of long-term fluctuation and the com plem entation of short-term fluctuation of wind farm s cluster.The pro­posed m ethod w as applied to a n analytic study of W enchang wind farm，D anzhou wind farm，Dongfang wind farm an d the H ainan wind farm cluster to reveal its rationality an d feasibility.

Key words ：w i n d power；characteristic of generating output;cluster effects

2014年11月，国务院发布《能源发展战略行动计划（214— 22年）》[1]，提出要大力发展风电，计划到2020年风电装机达200 G W%相 对于火电等常规能源发电，风电具有较强的随机 性、波动性、难以预测性和可调度性差等特点[2]，并最终表现为发电功率在不同时间尺度上 的波动，大规模风电并网将影响电网的安全稳定 运行[3_7]。为了应对大规模风电并网下的电网分

收稿日期：2016-06-20

基金项目：中国南方电网公司2016年重点科技项目（K Y K J X M00_21 #作者简介：陈雷（189)，女，江西吉安人，工程师，硕士，主要从事电力系统规划与可靠性、新能源发电等研究工作（e-m ail)c h e n le i4 @g ed i.co 。析和实际运行的需求，迫切需要对风电出力特性 (包括单一风电场的出力特性和风电场集群的出力特性）形成有效的分析方法，以进一步掌握风 电场的时空发电特性，为电力系统的规划和运行 提供决策参考。

本文从时间和空间分布的角度，提出风电场时 空出力特性的分析框架，包括单一风电场的长期出 力特性和短期出力特性分析、风电场集群长期波动 相关性和短期波动互补性的分析方法。利用所提分 析框架和指标，以海南文昌风电场为例，开展风电 出力特性分析；以海南文昌（1座风电场）、儋州（2 座风电场）、东方（2座风电场）以及海南全省风电 集群为例，开展风电集群效应分析，验证分析框架 和指标的实用性和有效性。

南方能源建设第4卷1总体分析框架

本文所提风电场时空出力特性的分析框架，包

括单一风电场的长期出力特性和短期出力特性分

析、风电场集群长期波动相关性和短期波动互补性

的分析方法。具体如表1所示。

表1风电场出力特性及集群效应分析方法

Tab. 1. Analysis method for wind farm generating output

characteristic and cluster effects

分析方法分析内容分析指标

出力特性分析年度出力特性

月度出力特性

日出力特性

年发电量）利用小时）年

持续曲线

月平均出力曲线）月最大

出力曲线）出力概率分布

日平均出力曲线）日最大

出力曲线）保证容量）有

效出力、出力波动概率

集群效分析出力长期波动相关性相关系数）最大出力比）

风电出力波动比）峰谷差出力短期波动互补性比）波动峰值同时率

2风电场出力特性分析方法研究

风电出力具有很强的随机性和波动性，并最终 表现为发电功率在不同时间尺度上的波动。本文从 不同时间的角度提出分析风电场发电出力特性的。

2.1长期出力特性分析

风电长 的

动、因气候影响等原因而造成的年际变动等，这方 面的出力变化对于电网的日常运行和管理影响较 小，但对电力系统的中长期规划具有重要的参考意 义。本节主要从年度和月度时间层面对此进行分析。

!1.1年度出力特性分析

由于某一地区年度气候变化相似，风电场长期 的年平均风速变动趋势也相似，可用标准差为6%的正态分布表示，以确定长期时间范围内风量的预 期变化以及相应的风电场年发电出力。年度出力特 性可采用年度发电量、年利用小时数等指标进行 衡量。

!1.2月度出力特性分析

风电月度出力水平变化曲线可用于电力系统年 度电力电量平衡、制定年度发电计划。

风电的季节性变动主要受季风影响，季风是大范围盛行的、风向随季节显著变化的风系，由海陆 分布、大气环流、大陆地形等因素造成的，以一年 为周期的大范围对流现象[8]。我国处于东亚季风区 内，表现为：盛行风向随季节变化有很大差别，甚 至相反。冬季盛行东北气流，华北一东北为西北气 流。夏季盛行西南气流，东部地区盛行东南气流。

风电场的月度出力特性可具体通过月平均出力 曲线、月最大出力曲线、出力概率分布等指标进行 衡。

2.1.2.1月平均出力曲线

风电 月平均 电，衡 电量在全年各个月的分布情况，可用于电力系统电量 平衡计算，分析风电对水电、火电发电量的影响。

2.1.2.2月最大出力曲线

表征风电场在逐月出现的最大发电出力，可用 于电力系统电力平衡计算。

具体计算方法是：将月内各点的风电场历史出 力数据按从小到大排序，取保证率95%时对应的出 力作为月最大出力，即认为该月内风电出力有95% 的概率低于该值。在此处，保证率体现了规划者对 于风电提供最大出力能力的信任程度，保证率越 高，表明信任程度越高，具体数值可根据规划需要 和风险喜好进行适当修改。本文取95%的保证率，可有效的剔除瞬时冲击出力，体现风电对系统电力 平衡的最大支撑能力。

2. 1.2.3出力概率分布

风电 各 上的分布概率，可

于分析风电出力的分布情况。

2.2短期出力特性分析

风电场的短期（数分钟到数小时）发电出力变 化，主要取决于短时间内风的变化（包括风速、风 向等）、天气类型以及风电场的地理位置。风电场 短 电有较大的 和 ，主要

响日常运行中发电机组的开机计划以及旋转备用容 量的确定。本节主要从日出力特性和出力波动特性 对此问题进行分析。

2.2.1日出力特性

2.2.1.1日平均出力曲线（丰、枯期）

表征丰枯期风电场一天各时段的平均出力，衡 量平均意义下，电站一天之内的发电量在各个小时 的分布情况，可用于分析风电场出力与负荷特性的 匹配关系以及对调度运行的影响。