可行性研究报告——黑龙江省电网接纳风电能力研究.doc

黑龙江省电网接纳风电能力研究目的和意义 大力发展并网型风电，是我国缓解能源供需矛盾，减轻环境污染，调整能源结构，转变经济增长方式的重要战略举措。大风电并入大电网”是我国引导风电大发展的重要手段。但绝不是有人认为的“如果大型风电场能接入大电网的话，则其对电网的影响也是可以忽略不计的”。由于电力系统的发电、供电、用电须瞬间同时完成，而负荷用电有峰荷、腰荷、低谷却在时时变化，电源出力就必须严格随负荷用电变化进行调节，时时保持电力平衡，否则负荷的可靠用电乃至电网的安全运行将得不到保障。由于风力发电存在随机性，在我国当前风电场功率预测尚未全面展开、风电机组出力基本不具备在线控制功能、还没有配套建设与风电相对应的随机用电负荷的情况下，大规模风电并入电网，电力系统中风电以外的其他电源除需随负荷用电变化进行调节外，还需为适应风电的随机性进行出力调节，即对这些机组的调峰性能提出了更高要求。这是电网接纳风电能力大小的关键之所在。 黑龙江省地区负荷特点是冬季负荷水平较高，峰谷差较大，年负荷曲线呈“U”形。负荷特性特点进一步决定黑龙江省电网冬季低谷调峰的困难程度。负荷低谷时，即使停掉运行水电机组并将火电机组出力降至最低后，仍不能维持系统频率要求，需要进一步降低火电机组出力，即出现常规火电机组进行深度调峰来接纳风电电力的情况。黑龙江省地区冬季温度较低，供热负荷较大。黑龙江省电网供热机组在冬季运行要满足供热负荷，所以热电机组出力不能小于供热需求，因此限制了机组的最低出力，大大削减了机组的负荷低谷调峰能力。显然，电网接纳风电既不能没有任何限制，也不应无所作为。因此有必要探求一个拟接入风电的电网其接纳风电的能力有多少；为提高电网接纳风电的能力要采取那些经济合理的技术等措施。这是为了有序、健康发展风电首先要正视和解决的两个问题。一、 国内外研究水平综述随着风电的加速发展，电网接纳风电能力的问题也越来越引起国内外重视。为探索解决我国风电接入电网的关键问题，需要客观分析国外风电接入的特点。 首先，欧洲国家电网高度互联，各国之间充分利用电网互联，共享调峰能力，有效解决风电的反调峰问题。风电规模居世界前列的欧洲国家如丹麦、德国，虽然风电装机占本国电源装机接近或超过20%，但对于更广泛的欧洲互联电网来说，风电比例并不高，2009 年风电占欧洲电网总装机比例不超过6%。欧洲电网拥有大量灵活可调的燃气机组和丰富的水电资源，可以平衡风电功率波动、缓解风电对电网造成的影响。其次，从接入电压等级来看，目前多为分散接入低压配电网，但也呈现出集中接入高电压等级的趋势。目前，丹麦约有89% 的风电装机接入60 千伏及以下的配电网；德国绝大多数风电场规模较小，分散接入配电网；美国目前风电场平均规模为12万千瓦，主要就近消纳。随着上述国家风电富集地区风电开发规模不断加大和海上风电的开发，风电接入的电压等级将不断提高，通过高压输电网输送至负荷中心，将成为未来风电消纳的主要方式之一。第三，欧洲各国对风电场均有严格的接入电网技术标准，要求风电场参与电网的电压与频率控制，保障电网的安全稳定运行。丹麦最大的风电场（16万千瓦）安装了中央控制系统，可以接受电力调度部门的指令实现电压控制与有功功率控制。德国针对大规模风电并网，要求风电机组具备低电压穿越能力、功率控制能力等，并建立了风电并网认证制度，开展风电机组并网符合性检测及风电机组模型验证工作，确保风电场符合并网标准的要求。西班牙建立了风电场并网审查管理机制，评价大型风电场接入是否影响电力系统的安全稳定运行。同时，各国还积极开发建设风电功率预测系统，将风电纳入电力市场或电网调度体系。目前，德国所有风电的总出力预测精度能够达到90% 以上。第四，欧洲各国均通过相关政策鼓励风电尽可能按照常规电源的方式进入电网。德国政府对于2003 年后安装的风电机组，通过提供资金方式帮助已安装的风电机组满足并网导则的要求；将风电上网电价分为最低保护电价与鼓励电价两部分，通过调节鼓励电价，减小因资源条件引起的收益差别。西班牙政府通过制定“政府补贴电价+电力市场竞价”政策，既为风电提供最基本的电价保障，又鼓励其参与电力市场竞争。政府对不满足并网导则要求的风电机组不给予补贴电价，对于无法提供准确预测的风电场，将给予像常规电源一样的经济处罚。综上所述，国际上风电事业发达国家的风电机组，已具备有功、无功出力在线控制功能。在有风发电的情况下，可以实现出力绝对值控制、出力上升和下降速度控制等，甚至可在一定程度上参与电网的调频工作。显然这有利于提高电网接纳风电的能力。我国风电装机容量迅速扩大，风机技术水平逐渐提高，而必须与此相匹配的电网坚强程度和接纳能力发展的却稍滞后，不能保证风电场的上网时间，所以电网接纳风电能力的滞后限制了风电的进一步发展。限制我国电网接纳风电的能力主要取决于下列因素：1、电网的负荷特性；2、电网（除风电外的）电源装机情况，运行方式安排，调峰能力；3、接受区外电源（参与本网调峰）的运行情况；4、垮省（区）联络线（参与本网调峰）的运行要求；5、风电机组的性能及风电的运行特性：各风电场风电机组的选型情况，据测风数据所得运行工况，有无功率预测，能否进行出力控制，各风电场出力的同时率及与负荷的相关性等。由此可知，影响我国风电消纳能力的因素很多，包括调峰能力、无功补偿、暂态稳定、热稳定、电能质量等种种因素。其中，稳定可以通过加强电网来解决，并在输电规划、接入系统设计等阶段进行深入论证；无功补偿可以通过增加配置等手段解决；电能质量可以在风电机组选型及接入系统中解决；而影响风电消纳最主要的因素就是调峰能力，并且无法通过地区电网建设来解决。所以我们重点从黑龙江电网调峰能力的角度来论证消纳风电能力。二、 项目的理论和实践依据项目的理论：利用数理统计的分析方法对历年的风电场出力进行分析，并结合各水平年电源规划及电网结构、各水平年负荷水平预测等为基本依据和相关条件进行计算，从而得到黑龙江电网接纳风电的能力。所依据的规程： DL755-2001 SDGJ84-88 SDJ161-85 SD131-84所依据的文件：黑龙江省电力有限公司.黑龙江省电网“十二五”规划黑龙江省电力有限公司.黑龙江省发电厂机组额定容量统计表黑龙江省电力有限公司.黑龙江省“十二五”电源装机及电力平衡表黑龙江省电力有限公司.黑龙江省负荷预测报告三、 项目研究内容和实施方案项目研究内容：1、以研究水平年的确定、各水平年电源规划及电网结构、各水平年负荷水平预测等为计算的基本依据和相关条件，并根据实际的历史数据，对黑龙江风能资源数据及其与电网负荷的相关性进行分析，同时详细地分析各水平年负荷变化特性；2、通过计算黑龙江电网目前运行机组的调峰能力，分析受电断面参与调峰的比例、分析各研究水平年的机组调峰能力以及根据各水平年的调峰能力给出风电的接纳能力，并对相关因素的敏感性进行分析；3、综合上述结果，给出相应水平年黑龙江电网在技术上的风电接入能力，总结黑龙江电网风电接入的限制因素，提出改进措施和建议。具体实施方案：电网接纳风电的能力，可按如下步骤进行分析：第一步：黑龙江省地区风电场出力同时率、相关性研究。收集最近两年内黑龙江省并网的风电场输出功率数据，研究同一地区或不同地区风电场之间出力的相关性及全网风电场功率输出同时率指标。总结全网风电功率的规律性。此工作由黑龙江省电力调度中心来完成。第二步：收集黑龙江电网内除风电机组以外的所有发电机组的运行工况、调峰特性及能力。研究常规火电机组、热电机组、水电机组、抽水蓄能机组等的调峰特性。主要包括以下内容：1）黑龙江省电网现状2）黑龙江省发电现状（1）装机构成及发电情况；（2）火电装机现状及调峰能力；（3）水电装机现状及调峰能力其中火电机组常规调峰时的最小出力率主要取决于锅炉的最低稳燃负荷，根据锅炉厂家提供的技术协议，锅炉的最低稳燃负荷一般均能达到机组额定出力的30%，考虑到煤质和炉型的影响，火电机组常规调峰的最小出力率应大于30%，所以具体的数据，有待锅炉专家的进一步论证。所以我们结合锅炉专家共同收集全省所有火电厂的机组常规调峰时的最小出力情况，目前做风电接纳能力研究所利用的发电机组的最小出力都是由厂家给出或是专家估算，还没有达到精确的程度，如果一个发电机组的出力能够降低一点，那么省网接纳风电能力就会显著提高。此最小出力能力的测算工作由黑龙江省电力科学研究院锅炉所来完成，其他工作由黑龙江省电力科学研究院系统所完成。第三步：确定设计水平年需要的最大调峰量。对设计水平年进行负荷预测，提出冬、夏典型日的负荷曲线，比较最大峰谷差，并考虑夏季水电不弃水带基荷、冬季供热机组以热定电等因素确定。其中负荷预测内容包括：1）需电量和需发电负荷预测；2）黑龙江电网电力负荷特性分析及预测：（1）夏季典型日负荷特性分析及预测；（2）冬季典型日负荷特性分析及预测；（3）年负荷特性分析及预测；（4）负荷峰谷差预测。从理论上讲，若条件具备，可将风电作为负的负荷构成综合负荷，进行综合负荷特性预测。这实际很难办到。一般可采取将风电依其运行特性情况做敏感性分析的方法来处理。此工作由黑龙江省电力科学研究院系统所完成。第四步：确定有关边界条件，主要有：（1）关口调度的要求；（2）接受省外电源的调峰情况；（3）黑龙江省电网内设计水平年新增电源装机的运行安排，调峰能力；（4）热电厂的调峰量；（5）燃机的调峰量；（6）电源事故备用和负荷备用的安排；（7）水电站、抽水蓄能电站调峰能力；（8）风电对负荷的反调节程度，风电的同时率等。此工作由黑龙江省电力调度中心完成。第五步：调峰平衡根据典型日的负荷特性，对运行安排的大量燃煤机组，按运行安排考虑调峰时段的耗煤特性、调节速度，按节能调度原则，并保证安全约束，依机组煤耗由大到小安排调峰，并结合前款边界条件，找出调峰能力与调峰需求，确定调峰裕度。此工作由黑龙江省电力科学研究院系统所完成。第六步：依调峰裕度为基础，考虑风电反调节和风电的同时率等，编写黑龙江省电网接纳风电的能力的研究报告。对风电反调节和风电的同时率进行敏感性分析，得到黑龙江省电网接纳风电的一个范围。此工作由黑龙江省电力科学研究院系统所完成。五、预期目标和成果形式1. 项目研究预期达到的目标（1）利用统计方法，建立以风电最大同时率K和风电出力为基础的数学模型，并根据此数学模型预测出风电出力范围的概率；利用统计方法，建立风电对负荷的峰谷差的数学模型，并根据此数学模型预测出风电增大峰谷差的值范围的概率；（2）锅炉专家根据历年数据的分析并结合现场试验，得到常规发电机组的最低出力；（3）通过对全省电源结构的分析，建立风电调峰补偿机制，提出改善电网调峰能力的合理化建议；给出相应水平年黑龙