湖北能源水、风、光发电联合补偿调度初步分析

《湖北能源水、风、光发电联合补偿调度初步分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《湖北能源水、风、光发电联合补偿调度初步分析（8页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、湖北能源水、风、光发电联合补偿调度初步分析刘晓;董峰【摘 要】因为风电和光伏发电出力过程的随机性,当其大规模并入电网后,会对电网 的稳定运行产生不利影响.为了保证系统能够最大程度安全的吸纳风电和光电,研究 水、风、光发电联合补偿调度有着非常重要的意义.通过对湖北能源水、风、光发 电联合补偿调度初步分析,以不影响水库承担系统任务和不发生弃水为原则,研究合 理安排水电对风电、光电进行补偿调节的调度方法,由电网在运行方式上的配合,在 满足电网安全稳定运行的前提下,即可减少弃水、弃风、弃光现象发生.期刊名称】水电与新能源年(卷),期】2017(000)009【总页数】5页(P74-78) 【关键词】

2、新能源;水、风、光发电联合补偿;调度【作 者】 刘晓;董峰【作者单位】 湖北清江水电开发有限责任公司,湖北宜昌 443000;湖北清江水电开 发有限责任公司,湖北宜昌 443000【正文语种】 中 文【中图分类】 TM61近年来，随着环保意识和节能减排需求的不断增强，国家相继出台了一系列政策， 大力提倡风电、光伏等新能源产业的发展。截止2015年底湖北风电装机规模为1345 MW，占全省总装机规模的2.1% ；太阳能发电装机规模为479.7 MW，占全 省总装机规模的0.75%。相比西北地区，目前湖北弃风弃光矛盾暂不突出。根据 湖北电网“十三五”规划，预计到2020年，湖北风电、光伏发电规模将

3、分别达到5 200 MW和3 800 MW，届时全省风、光发电量将占总用电量约7%，但瞬时高峰电力会占全省用电负荷的20%以上。由于风电、光伏发电具有随机性、不稳 定、不连续等特点，大规模的风电、光伏发电必然会对电网的安全稳定运行造成冲 击1-3。同时因风电、光伏发电价格因素，大规模的风电、光伏等新能源投产后， 与水、火电抢占负荷空间、输电通道的矛盾将愈加突出，弃风、弃光现象将无法避 免。湖北能源集团已投产及在建新能源项目规模共计659 MW，预计到2020年将达 到2 000 MW以上，未雨绸缪，需提前研究如何利用清江梯级水电对集团所属风 电、光伏进行联合补偿调节，在满足电网安全稳定运行的前

4、提下，尽可能地减少弃 水、弃风、弃光现象发生。因为风电和光伏发电出力过程的随机性，使其既不能承担电网的调峰任务，也无法 为电网提供稳定的负荷，当其大规模并入电网后，还会对电网的稳定运行产生不利 影响。为了保证系统能够最大程度安全的吸纳风电和光电，需要其他电源对其出力 过程进行补偿。当风电或光电出力增加时，须降低补偿电源的出力；当风电或光电 出力减小时，须增加补偿电源的出力，这就要求补偿电源具有良好的调节能力。调 节性能好的水电站启停迅速、负荷调整灵活，故其可作为风电和光伏的补偿电源 4-5。水电与风电、光伏发电一样，都是清洁可再生能源，在补偿调节时，以不影响水库承担系统任务和不发生弃水为原则，

5、合理安排水电对风电、光电进行补偿调节。3.1 湖北能源风电现状 湖北能源集团现有风电项目为九宫山、齐岳山一、二、三期、利川汪营、利川天上 坪等。在建或规划的风电项目有利川安家坝、麻城蔡家寨、荆门象河、黄石筠山等 根据清江梯级所在的地理位置，进行风电互补分析时，暂时只考虑水布垭电站与恩 施地区风电补偿调度。根据湖北能源集团十三五规划，预计到2020年湖北能源在 恩施地区风电装机规模共计526.3 MW。3.2 恩施地区风电现状截止2015年底恩施地区已并网风电规模达293.9 MW，均通过110 kV电压等级 接入220 kV汪营变电站上网。2015年湖北风电厂累计弃风电量约947万kWh， 均

6、在恩施地区。原因为恩施6座风电厂均通过110 kV电压等级接入220 kV 汪营 变电站上网，汪营仅有1台180 MVA主变，由于该片所接用电负荷较小，使该片 电网在风电大发时主变卡口，造成弃风。汪营变电站于2016年3月已新增1台 240 MVA主变，共计420 MVA，可彻底解决现阶段风大时段的上网卡口问题。但扩容后的主变容量仍无法满足 2020 年的风电装机规模（电网有可能进一步扩容）， 因此在以下分析中，均假设到2020年恩施地区主变容量充足，不发生因主变卡口 造成弃风现象。3.3 水电、风电互补3.3.1 水、风互补原则根据国家发改委2016-03-28日发布的可再生能源发电全额保障

7、性收购管理办 法规定，电网企业优先执行可再生能源发电计划和可再生能源电力交易合同，保 障风能、太阳能、生物质能等可再生能源发电享有最高优先调度等级。因此，进行 水、风互补时，认为电网完全吸收风电，水电补偿风电的目标是完全补偿风电，且 在最大程度补偿风电的基础上不浪费水能。水电对风电进行补偿时需满足以下两个 原则。1）出力补偿平衡原则。出力补偿平衡原则是保证联合运行后向电网提供可靠、稳定的电力。电网要求联合运行后稳定出力用NL表示，风电实时出力用NF表示，水 电实时补偿出力用NS表示，则若发生水电补偿的出力NS大于水电最大可补偿能力，则表示水电补偿能力不足， 需要其他电源补偿。2) 避免弃水补偿

8、原则。进行水、风联合补偿调节时，水电站在满足防洪要求的前提 下，不影响其承担系统的任务，且不影响其长、中期水位控制目标，避免发生弃水 补偿现象。3.3.2 利用水布垭对恩施地区风电补偿的能力分析 目前湖北能源风电项目运行期较短，运行数据不齐全，以2015年利川汪营、天上 坪两站数据进行分析，其最大、平均、最小出力以及所占装机比见表1。 假设恩施地区所有风电在同一时间内发电能力基本一致，根据表1百分比，推算 出到2020年湖北能源在恩施地区风电装机规模达526.3 MW时每月最大出力、 平均出力、最小出力水平，详见表2。根据式(1)和式(2)，水电补偿出力大小等于电网要求的联合运行稳定出力减去风

9、电 实时出力。分析风电最大出力所占百分比，最高达到98.1%。在这里取电网要求 的联合运行出力的最大可能值，即风电装机容量，则NL=526.3 MW。由式(2)计 算得出水电所需的最小、平均、最大补偿出力。水布垭电站运行时间较长，且具有多年调节性能，水资源可储存在库中，不需要像 风能一样实时转换，因此，为使数据更具代表性，取近5年(2011 2015年)水布 垭电厂分月平均最大出力、平均出力、平均最小出力进行分析，并根据水布垭电站 的调度运行规律，得出水布垭电站分月最大可调出力，可计算出水布垭对恩施风电 的最大、平均及最小补偿能力。具体见图1。根据图1所示，从水布垭的平均补偿能力和最大补偿能力

10、来看，可完全补偿风电 所需；用水布垭的最小补偿能力和风电所需的最大补偿出力相比，除了5、7月无 法满足其最大所需补偿出力外，其他月份均可以最小补偿能力满足风电的最大补偿 需求。但是这并不意味着5、 7月无法对风电进行完全补偿，一方面水电出力峰值 时与风电最大补偿具有时间差异；另一方面，可以运用水布垭的调节性能和能量非实时转换特性，优先满足对风电的补偿调节，在其他时间择机增发相应电量，在满足系统需求的同时也可达到水位控制目标；另外，湖北能源集团在恩施地区还有洞 坪等一系列水电，拥有地理优势，也可对风电进行联合补偿调节。综上，可以认为， 到2020年，在无其他因素限制条件下，水布垭电站可对能源集团

11、所属恩施地区风 电进行完全补偿。4.1 湖北能源集团光电现状 湖北能源集团现已投产光伏项目为花山光伏一期，麻城闫家河光伏项目也于2016 年完工投入运行，根据公司十三五规划，到2020年，湖北能源所属光伏发电装机 规模可达363 MW。4.2 水、光互补分析湖北能源光伏发电相较风电，起步更晚，运行时间更短，目前尚无有效数据可用来 支持水、光互补研究，又因其光伏项目地理位置较为分散，与清江梯级水电外送无 交集，因此在下面的分析中，着重从电力市场层面探讨清江梯级中调节性能良好的 水布垭、隔河岩电站能否对光伏所需的最大补偿出力(按照总装机容量363 MW计 算)进行完全补偿。原则和方法与风电一致，但

12、在计算过程中，考虑到水布垭对风 电的补偿，因此在水布垭最大可调出力中减去对风电的最大补偿出力。根据水布垭、隔河岩水库的调度运行规律，可得出水布垭、隔河岩每月最大可调出 力之和，取近5年(2011-2015年)水布垭、隔河岩分月平均最大出力、平均出力、 平均最小出力之和。经计算可得出水布垭、隔河岩对光电的联合最大、平均以及最 小补偿能力。详见图2。从图2可以看出，在为风电预留充足的补偿容量后，从平均补偿能力和平均最大 补偿能力来看，水布垭、隔河岩联合可完全补偿光电所需，其补偿能力远大于光伏 的最大需求补偿容量363 MW ；用水布垭、隔河岩联合平均最小补偿能力和光电 所需的最大补偿出力相比，除了

13、5、6月无法满足其最大所需补偿出力外，其他月 份均可以最小补偿能力满足光电的最大补偿需求。从图2中数据来看，5月份的平 均最小补偿出力为负值，意味着5月份为风电提供补偿后基本无法为光电提供补 偿，主要原因是5月份是汛前腾库迎汛的重要月份，水布垭、隔河岩普遍大发， 因此所能提供的补偿有限。6月份的平均最小补偿出力也小于最大需求补偿容量 363 MW，为了使5、6月份能够对光伏进行完全补偿调节，也可以通过类似方式 解决：利用水电出力峰值和光电补偿峰值出现的时间差进行错峰补偿；利用水 库的调节性能和水能非实时转换特性，优先对光电补偿调节，在其他时间择机增发 相应电量；与湖北能源集团其他水电进行联合补

14、偿调节。根据上述分析，可以得出如下结论。1）通过利用水库的调节特性和水能可以储存的特性以及水电出力峰值与风、光所需 补偿峰值出现时间不尽一致的特点，到2020年水布垭、隔河岩基本上可对集团所 属恩施地区风电和所有光电进行完全补偿调节，但5、 6、 7月水布垭、隔河岩对 风电和光电的补偿压力较大。2）在 5、6、7 月份碰到极端来水情况使水布垭、隔河岩无法完全进行补偿调节时， 清江梯级可与江坪河、淋溪河梯级联合，包括洞坪对恩施地区风电进行补偿，并与 湖北能源集团其他水电共同对光伏进行补偿。目前国内较成熟的水光互补项目为青海省龙羊峡水光互补项目。龙羊峡水光互补项 目调度运行方式为将水光互补项目两期

15、850 MW光伏发电装机虚拟为1台水电机 组，光伏发电场发电后，通过1条330 kV电压等级的输电线路输送至龙羊峡水电 站的母线侧。当电网下发给龙羊峡电站发电任务后，与其他4台水电机组运行方 式相同，一同进行并网发电，参与AGC调节，共同完成发电任务6。光伏发电机 组虚拟的水电机组会因天气、光照等原因而出现负荷波动，此时，以不弃光为原则， 尽量保证光伏发电机组优先发电，产生的负荷波动等情况由水电机组补偿。 水布垭电站位于恩施州巴东县，在地理位置上距离恩施地区风电项目较近，在两者 之间建设输电线路的难度将减小，可借鉴龙羊峡水光互补项目经验建设输电线路， 将恩施地区风电集中送入水布垭电站，与水布垭

16、4台水电机组进行互补运行，再 送入电网。而湖北能源光伏项目分布较为分散，在地理位置上与清江梯级距离较远，两者之间 无直接输电线路连接，若建设输电线路，不但成本加大，而且输电线路建设困难重 重。这种情况下，若要降低成本和难度，可由集团内部其他水电项目进行互补调节。1）在本文的研究中，因为风电、光电数据不甚齐全，无法掌握风电和光电的具体出 力过程，因而研究结果不够细化。下一步掌握详细的风电、光电日内出力过程后， 可分时段、分月、分季节讨论，使研究成果更详细，更具指导意义。2）本文的研究中并未考虑水布垭、隔河岩对风电、光电补偿后对其上下游水位变化， 机组运行工况的影响以及现有调度策略是否有需要改变的

17、地方等，考虑这些问题也 需要风电、光电具备详尽的运行数据，下一步也可尝试考虑。3）目前恩施电网与主网的联接主要依靠500 kV张家坝（重庆）-恩施-渔峡线，弱连 接有220 kV麂子河-小雁溪线，其稳定要求为：外送900 MW，购进620 MW， 丰水期的补偿作用发挥主要受输电线路稳定要求制约。4）湖北能源集团有清江梯级、溇水梯级、南河梯级等水电项目，在下一步的研究中， 可考虑以地理位置优先为原则对相应的风电、光电进行补偿调节，一方面可以降低 清江梯级的补偿压力，另一方面也可筛选出更优化的补偿调度策略，在对风电、光 电进行补偿的同时进一步提高各梯级的优化调度运行。以上均为理论层面上的探讨，实施

18、还需要电网在运行方式上的配合，或电力市场进 一步推进，使辅助服务竞价成为可能，这样湖北能源集团所属多种性质的电源进行 补偿调度，集中、集合报价方能体现出水、风、光互补的优势。相关文献】1王卿然，谢国辉,张粒子含风电系统的发用电一体化调度模型几电力系统自动化,2011, 35(5):15-182刘飞，段善旭,徐鹏威，等光伏并网发电系统若干技术问题的研究几太阳能,2006(4): 34-373戴慧珠，王伟胜,迟永宁风电场接入电力系统研究的新进展J.电网技术,2007, 31(20): 16-234杨晓萍，王文坚,薛斌,等.风、火、水电短期联合优化调度研究J.水力发电学报,2013, 32(4): 199-203唐新华，周建军.梯级水电群联合调峰调能数学模型J.水力发电学报,2013, 32(4): 38-45 张娉，杨婷龙羊峡水光互补运行机制的研究J.华北水利水电大学学报：自然科学版,2015, 36(3): 76-81