刘 勇，田晓军，夏保安，马 毅 ，孙金水

(1.河北省电力勘测设计研究院，石家庄 050031；2.河北能源工程设计有限公司，石家庄 050010)

1 概述

在评估电网的风电消纳能力时，常规风电消纳能力的计算方法通常以设计水平年或典型季节的电网最大负荷为边界条件计算电网的调峰裕度，并认为调峰裕度就是可接纳风电的装机容量。常规方法较为粗放，主要体现在2个方面：从风电负荷看，由于风电的最大负荷均小于其装机容量，简单的认为调峰裕度等于装机容量将造成风电消纳能力结果偏小；从电网调峰裕度看，即使相同的开机方式，每日的调峰裕度也是不同的，以最大负荷为边界条件将造成其结果偏大。由于常规计算方法并未考虑到以上两方面的影响因素，因此探寻一种较为精确的电网风电消纳能力的计算方法是较为必要的。

下面提出的计算方法是以某风电场负荷数据为基础分析风电的负荷特性，确定在负荷高峰时风电可不计入或少计入负荷，在负荷低谷时按等效容量计入负荷；结合负荷特性，以平均调峰裕度代替最大调峰裕度。最后，在以上研究的基础上，得到电网所能承受的最大风电装机容量，并针对典型电网计算其风电消纳能力。

2 风电消纳能力计算新方法

2.1 风电日负荷特性

图1为张家口某风电场的风电日负荷曲线，由图1可看出，风电日负荷呈典型的“反负荷”特性，即在电网高峰负荷时段风电一般处于小负荷甚至0负荷状态，而电网低谷负荷时段风电处于大负荷状态。

图1 风电日负荷曲线

2.2 风电等效容量系数

该风电场年最大负荷80.8 MW，即最大日负荷/装机容量为0.81。若综合风电负荷概率、系统调峰等因素，可认为风电的等效容量系数β应小于0.81，风电等效容量系数β为根据风电的负荷概率，综合考虑系统调峰和送出工程，使系统达到技术经济最优的风电最大负荷与装机容量的比值。

单个风电场的等效容量系数与所在区域的风力分布有关，大规模或多个区域的风电场由于各区域风力达到最大值的时刻并不相同，其综合负荷的等效容量应小于各风电场等效容量之和，即风电等效容量系数随着风电规模的增大而减小。一般来说，单个风电场的等效容量系数β可取0.8左右，大规模风电场及风电基地可取0.5～0.8。

根据以上分析可得出：在负荷高峰时，风电负荷较小，其负荷保证率较低，因此在确定电网开机方式时可不计入或少计入风电负荷；而在负荷低谷时，风电负荷较大，此时可按风电等效容量计入电源负荷。

2.3 电网平均调峰裕度

对电网来说，电网的最大负荷确定了电网的开机方式，而同样开机方式下的各日负荷却是不同的，这将造成各日的调峰裕度也是不同的。因此，为计算各日调峰裕度对电网消纳风电能力的影响，就需引入平均调峰裕度这一概念，平均调峰裕度可根据最大负荷时的调峰裕度、月不均衡系数得到。

2.3.1 最大负荷时的调峰裕度

电网调峰裕度主要与电网的最大负荷、最小负荷、电源开机及最小技术负荷等因素相关。

对孤立电网来说，最大负荷Pmax确定了电网中的机组运行容量P开机，而机组的最小技术负荷P电网小应小于电网最小负荷Pmin，机组最小技术负荷与最小负荷的差值即为电网的调峰裕度P调峰，见图2。

图2 电网运行情况

对于联合电网，调峰裕度的计算方法与简单电网基本相同，只是将联络线在负荷高峰、低谷时的潮流分别计入开机容量和最小技术负荷即可。

总的来说，若P调峰为正值，表明系统可最大承受P调峰的风电负荷；若P调峰为负值，则表明系统自身的调峰都存在较大困难，不具备消纳风电的能力。

2.3.2 平均调峰裕度

计算电网平均调峰裕度可引入月不均衡系数σ(该系数为月平均负荷与月内最大负荷日平均负荷的比值)，这样可得到电网的平均调峰裕度Pav调峰=P调峰×σ。引入月不均衡系数来计算电网平均调峰裕度，这样可计及负荷变化引起的调峰裕度变化，将一定程度的提高计算精度。

2.4 电网风电消纳能力计算

对电网来说，其能接受的风电最大负荷为每日的调峰裕度，再考虑风电的等效容量系数，这样可得到电网所能承受的风电最大装机容量，即电网所能承受的风电最大装机容量S风电=Pav调峰/β。

3 典型系统风电消纳能力计算

3.1 计算条件

按照上述计算公式，对典型孤立系统的风电消纳能力进行计算，典型系统有以下假设条件。

a. 假定电网最大负荷为100 MW，月不均衡系数σ分别取1.0、0.96、0.95 3种情况计算电网的日均最小负荷。

b. 系统热备用系数取8%，由此可确定机组的开机容量为108 MW。机组的综合技术最小负荷和电源装机构成、各类电源的调峰特性有关。对于一个特定系统，当机组开机方式确定后，其机组综合最小负荷也就是一特定值，该次按50%计算，即54 MW。

c. 在负荷高峰时，不计入风电负荷；而在负荷低谷时，风电按等效容量系数计入负荷，该次计算等效容量系数分别取1.0、0.75、0.8。

3.2 计算结果及其分析

根据以上边界条件，得到典型系统风电消纳能力计算结果见表1。

表1 典型系统风电消纳能力计算结果

由表1的计算结果可看出：当考虑月不均衡系数后，电网的平均调峰裕度随月不均衡系数的降低而降低。当考虑月不均衡系数、风电的等效容量系数后，电网最大允许的风电装机容量的计算结果等能与常规算法相同。对于大规模风电场来说，其风电等效容量系数较小，采用该方法计算的结果可能较常规方法大；对于小规模风电场来说，其计算结果则可能较常规方法小。

4 结束语

该文介绍了电网接纳风电能力计算的一种新方法。由典型系统的算例计算结果可知，在计及风电负荷特征与电网调峰裕度的影响时，电网最大允许风电装机容量的计算结果受风电场的等效容量系数影响较大。随着风电的进一步开发，电网风电消纳能力问题将进一步突出，以上提出的计算方法对于准确评估电网风电消纳能力具有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1] 韩小琪，孙寿广， 戚庆茹.从系统调峰角度评估电网接纳风电能力[J].中国电力，2010，43(6)：16-19.