合理棄風的風電消納方法

風力發電受自然來風的影響較大，具有明顯的隨機性與不確定性。隨著大規模風力發電場的快速發展，其接入電力系統而導致的相關問題越來越明顯。針對目前國內風電大規模接入受限的問題，以風電場棄風電量與系統為消納更多風電而增加的調峰投資為約束，提出了利用系統低谷負荷時的合理棄風來提高風電的整體消納能力的理論研究方法。最后通過利用所建立的風電消納模型，以東北某區域電網為例進行了計算分析，得到了2015年與2020年在三種不同調峰平衡方式下的風電消納能力，以期能為東北地區的風電規劃與建設工作提供參考。

隨著全球能源的不斷消耗，美國。日本和歐盟等國際發達國家或組織的能源消費政策不斷向著安全、清潔和經濟的方向發展。同樣，在國內，為了不斷切實貫徹可持續發展的能源政策，擺脫長期以來中國能源消費結構以煤炭為主的局面，以及滿足在當今經濟高速發展的社會背景下國民對低碳環保的意識需求，加快發展綠色、低碳環保的可再生能源勢在必行。風力發電是21世紀重要的綠色能源，同時也是新能源中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化發展前景的發電方式之一，伴著我國向低碳經濟轉型的發展，風電這種新能源發電模式在我國近幾年的能源消費政策中呈現出如火如荼的發展態勢。

然而，風電的運行特性與常規能源不同，其出力具有隨機性與間歇性的特點，加之我國風電的發展迅猛，以及風電三峽宏偉構想的提出，部分地區電網在風電消納方面出現了一些問題，如作為2020年前規劃建設的7個千萬千瓦級風電基地的吉林地區面臨的調峰壓力日益增大，在電力系統調峰困難時段(如供熱期等)已經出現了風電送出受限的情況對于風電消納。本文在電力系統安全穩定的前提下，從系統運行與經濟的角度出發，通過收集整理與分析所獲得的風電歷史數據，建立了一個基于合理棄風下的風電消納能力分析模型，以此為基礎達到實現風能資源的合理利用以及為相關決策者做出科學決策提供參考的目的。

風電特性分析

風電機組的出力大小取決于風速的高低，風速則又受緯度、地形、氣象等因素的影響而具有強烈的隨機性和波動性，致使風電場中風機的出力也具有強烈的隨機性和波動性，加之我國獨特的自然地理條件，風電出力還具有反調峰等特性。本文對東北地區風電出力的分布特性與反調峰特性進行分析。

1分布特性

在統計學中，常用數據的集中趨勢與離散程度來刻畫所研究對象的分布特性，本文同樣從此思路出發對風電數據進行分析。目前所獲得的風電出力數據為一組等時間間隔下的觀測數據，即一組離散數據;本數據在不考慮時間尺度的情況下是一簇一維數據，對一維離散數據的處理方法較多，為消除風電裝機容量隨時間變化對分析產生的影響，在此利用“極差歸一化”的思路對其進行處理。

圖1中，虛線曲線為MATLAB的dfittool工具箱擬合而得的威布爾分布曲線此威布爾分布曲線與氣象學中統計分析得出的風速呈威布爾分布相似，這也從側面論證了極差歸一化方法在對風電出力數據分析處理的合理性。同時可知，風電出力的分布特性呈現威布爾分布特性。

２反調峰特性

所謂風電反調峰特性是指風電出力波動與電網負荷波動具有相反的波動特性，即呈現反相關關系:電網負荷值較小時風電出力較大;反之，負荷值較大時風電出力較小。圖2為東北地區某月8928個采樣點的風電出力與電網負荷波動情況對比圖。

觀察圖2可知，電網負荷數據體現出較強的周期波動性，較好的反映了負荷的周期性變化;而風電出力則規律性較弱，且出力較大時多為負荷低谷時段，即負荷低谷時段風電出力相對較大，負荷高峰時段風電出力相對較小，呈現出反調峰特性。

風電消納能力分析

１以調峰容量為約束的風電消納方法

從調峰角度看，限制電網消納風電能力以及產生棄風的原因在于系統調峰能力不足，常規機組在負荷低谷時段難以降低出力以接納更多風電。我國風電大規模接入地區(如甘肅吉林等)，在極端情況下(負荷低谷時段)，常規機組在較小出力的基礎上是否有足夠的降低裕度來滿足風電的接入，即低谷負荷時段的調峰能力是限制風電大規模接入的關鍵條件。電力系統用于計算調峰容量的簡化示意圖如圖3所示：

常規的風電消納能力分析方法是通過計算電力系統中剩余的調峰容量，進而計算出電力系統的風電消納能力。電力系統剩余調峰能力的大小在很大程度上可以決定系統消納風電能力的大小，這從電力系統運行角度來衡量風電消納能力是符合客觀事實的，但在系統調峰容量不變的情況下通過何種方法使風電上網電量最大化且滿足經濟最優，以及如何規劃電力系統發展過程中(包括風電裝機容量的變化以及調峰容量的變化)風電場的建設規模此方面的相關研究較少，同時，傳統方法沒有考慮合理棄風所帶來的經濟效益，且對歷史數據的挖掘不夠深入。

２變槳系統故障

基于合理棄風的風電消納模型構建由于風電出力的不確定性，致使風電場滿發或接近滿發的概率很低，且由于風電的反調峰特性，少數風電尖峰出力大都發生在負荷低谷時段，系統只能在更大范圍內壓縮常規電源出力才能消納較多的風電尖峰出力，在這種情況下系統運行的安全性與經濟性均得到不保障。在保證系統安全運行的前提下，考慮到風電的反調峰特性，通過放棄負荷低谷時段且較低概率下的部分風電出力，使風電上網價值量與為消納此部分風電而增加的調峰投資持衡，即從投資決策角度出發，只要新增風電場的年平均上網電量的價值量大于投資建設風電場的資金量，就應該增加建設風電場，因為此時增加風電并網容量可以獲利在此思路下構建目標函數，如式(9)所示：