風力發(fā)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(guī)模風力發(fā)電場的快速發(fā)展，其接入電力系統(tǒng)而導致的相關問題越來越明顯。針對目前國內(nèi)風電大規(guī)模接入受限的問題，以風電場棄風電量與系統(tǒng)為消納更多風電而增加的調(diào)峰投資為約束，提出了利用系統(tǒng)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(qū)域電網(wǎng)為例進行了計算分析，得到了2015年與2020年在三種不同調(diào)峰平衡方式下的風電消納能力，以期能為東北地區(qū)的風電規(guī)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(fā)達國家或組織的能源消費政策不斷向著安全、清潔和經(jīng)濟的方向發(fā)展。同樣，在國內(nèi)，為了不斷切實貫徹可持續(xù)發(fā)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(jīng)濟高速發(fā)展的社會背景下國民對低碳環(huán)保的意識需求，加快發(fā)展綠色、低碳環(huán)保的可再生能源勢在必行。風力發(fā)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(guī)模開發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，伴著我國向低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的發(fā)展，風電這種新能源發(fā)電模式在我國近幾年的能源消費政策中呈現(xiàn)出如火如荼的發(fā)展態(tài)勢。

然而，風電的運行特性與常規(guī)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(fā)展迅猛，以及風電三峽宏偉構想的提出，部分地區(qū)電網(wǎng)在風電消納方面出現(xiàn)了一些問題，如作為2020年前規(guī)劃建設的7個千萬千瓦級風電基地的吉林地區(qū)面臨的調(diào)峰壓力日益增大，在電力系統(tǒng)調(diào)峰困難時段(如供熱期等)已經(jīng)出現(xiàn)了風電送出受限的情況對于風電消納。本文在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下，從系統(tǒng)運行與經(jīng)濟的角度出發(fā)，通過收集整理與分析所獲得的風電歷史數(shù)據(jù)，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(xiàn)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(diào)峰等特性。本文對東北地區(qū)風電出力的分布特性與反調(diào)峰特性進行分析。

1分布特性

在統(tǒng)計學中，常用數(shù)據(jù)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(fā)對風電數(shù)據(jù)進行分析。目前所獲得的風電出力數(shù)據(jù)為一組等時間間隔下的觀測數(shù)據(jù)，即一組離散數(shù)據(jù);本數(shù)據(jù)在不考慮時間尺度的情況下是一簇一維數(shù)據(jù)，對一維離散數(shù)據(jù)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(chǎn)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(tǒng)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(shù)據(jù)分析處理的合理性。同時可知，風電出力的分布特性呈現(xiàn)威布爾分布特性。

２反調(diào)峰特性

所謂風電反調(diào)峰特性是指風電出力波動與電網(wǎng)負荷波動具有相反的波動特性，即呈現(xiàn)反相關關系:電網(wǎng)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(qū)某月8928個采樣點的風電出力與電網(wǎng)負荷波動情況對比圖。

觀察圖2可知，電網(wǎng)負荷數(shù)據(jù)體現(xiàn)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(guī)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(xiàn)出反調(diào)峰特性。

風電消納能力分析

１以調(diào)峰容量為約束的風電消納方法

從調(diào)峰角度看，限制電網(wǎng)消納風電能力以及產(chǎn)生棄風的原因在于系統(tǒng)調(diào)峰能力不足，常規(guī)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(guī)模接入地區(qū)(如甘肅吉林等)，在極端情況下(負荷低谷時段)，常規(guī)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(diào)峰能力是限制風電大規(guī)模接入的關鍵條件。電力系統(tǒng)用于計算調(diào)峰容量的簡化示意圖如圖3所示：

常規(guī)的風電消納能力分析方法是通過計算電力系統(tǒng)中剩余的調(diào)峰容量，進而計算出電力系統(tǒng)的風電消納能力。電力系統(tǒng)剩余調(diào)峰能力的大小在很大程度上可以決定系統(tǒng)消納風電能力的大小，這從電力系統(tǒng)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(tǒng)調(diào)峰容量不變的情況下通過何種方法使風電上網(wǎng)電量最大化且滿足經(jīng)濟最優(yōu)，以及如何規(guī)劃電力系統(tǒng)發(fā)展過程中(包括風電裝機容量的變化以及調(diào)峰容量的變化)風電場的建設規(guī)模此方面的相關研究較少，同時，傳統(tǒng)方法沒有考慮合理棄風所帶來的經(jīng)濟效益，且對歷史數(shù)據(jù)的挖掘不夠深入。

２變槳系統(tǒng)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(fā)或接近滿發(fā)的概率很低，且由于風電的反調(diào)峰特性，少數(shù)風電尖峰出力大都發(fā)生在負荷低谷時段，系統(tǒng)只能在更大范圍內(nèi)壓縮常規(guī)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(tǒng)運行的安全性與經(jīng)濟性均得到不保障。在保證系統(tǒng)安全運行的前提下，考慮到風電的反調(diào)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(wǎng)價值量與為消納此部分風電而增加的調(diào)峰投資持衡，即從投資決策角度出發(fā)，只要新增風電場的年平均上網(wǎng)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(wǎng)容量可以獲利在此思路下構建目標函數(shù)，如式(9)所示：