舒印彪等：新能源消納關鍵因素分析及解決措施研究

2.2 新能源消納關鍵因素理論分析

對于內部無網絡約束的系統,新能源消納只需滿足發、用電動態平衡和系統調節能力下限約束,“負荷+聯絡線外送功率”曲線與系統調節能力下限之間的系統調節空間,即理論上的新能源最大消納空間,如圖4所示。

系統t時刻最大可消納新能源電力Pa(t)滿足 式(1)：

式中：Pl(t)為t時刻的負荷功率;Pt(t)為t時刻的聯絡線外送功率,送出為正;Pg,i,max為系統內第i臺常規機組的最大技術出力;Pg,i,min為系統內第i臺常規機組的最小技術出力;I為系統中所有常規機組的臺數;βi是第i臺機組的調峰深度;β為系統內常規機組的平均調峰深度。

其中,聯絡線功率必須滿足通道能力的約束：

式中Pt,max(t)、Pt,min(t)是聯絡線在t時刻輸送功率的最大值限制和最小值限制。

系統中常規機組的開機最大技術出力之和應該大于負荷和計劃外送電力之和的最大值,并留有一定容量的正備用,如下式所示。

式中：R+為考慮新能源參與平衡后的正備用容量;Pt,plan(t)為聯絡線計劃外送功率。

由式(1)和(4),從增加新能源消納角度,在滿足平衡備用要求的前提下,應該盡量降低R+,減少常規電源開機總量,安排調峰能力強的機組運行,增加系統向下的調節能力。

系統新能源消納電量空間為最大可消納新能源電力的積分：

定義負荷率λ為一個開機周期T內平均負荷與最大負荷的比率：

式中El為負荷電量。電網的負荷峰谷差越大,負荷率越小。需求側響應的作用也可以實現削峰填谷,減小峰谷差,提高負荷率。

孤立系統中,Pt(t)為0,新能源消納電量空間為：

正備用R+的安排是運行控制因素,一般依據相關標準規定,在保證安全的基礎上已經將R+優化至最小。從系統條件來看,孤立系統中新能源消納主要由電源總體調節性能β、負荷電量El及負荷率λ決定。電源調節性能越好、負荷電量越高、峰谷差越小,新能源理論消納空間越大。

電網互聯后,新能源消納電量空間為：

式中Et,A為電網互聯增加的新能源消納空間。實際電網中,計劃外送電力通常安排參與調峰,送電高峰與負荷高峰時段重合,Et,A可表示為：

由式(9),減少常規電源計劃外送電力,根據新能源出力靈活安排外送,能夠最大程度利用通道容量,增加新能源消納空間。電網互聯互通為實現調節能力的全局配置提供了物理支撐。

從體制機制上,新能源電力靈活外送需要配套建立跨區跨省交易和輔助服務市場機制,解除省間交易壁壘,調動調峰服務積極性。對于完全按照計劃外送電力的情況,外送電力的作用等效于增加負荷,新能源消納電量空間滿足式(10)。

式中：Et,D為計劃外送電量,送出為正;λl+D為“負荷+聯絡線外送功率”等效負荷的負荷率。

綜上,從系統條件來看,電源調節性能(最大技術出力、最小技術出力)、電網互聯互通(聯絡線外送能力)、負荷規模及峰谷差,是影響新能源消納的幾個關鍵因素。