風(fēng)電三公調(diào)度方法的對比分析

風(fēng)電三公調(diào)度方法的對比分析

1風(fēng)電棄風(fēng)情況近年來，蒙西電網(wǎng)快速發(fā)展，供電能力和電網(wǎng)數(shù)量不斷創(chuàng)新。截至2013年年底，共有108家工廠，蒙西電網(wǎng)的風(fēng)能能力為11.04gw，風(fēng)速安裝在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安裝過程中，占23.6%。風(fēng)電最大發(fā)電量7.1GW,占當(dāng)年發(fā)電量的30%以上,最大日發(fā)電量突破130GWh,占當(dāng)日全網(wǎng)總發(fā)電量的34.7%。2011—2013年,風(fēng)電年發(fā)電量由13.228TWh增至21.977TWh,占全網(wǎng)總發(fā)電量的比例由7.55%增至11.09%,風(fēng)電裝機(jī)容量及發(fā)電量比例均位列全國省級電網(wǎng)第一。2012年,蒙西電網(wǎng)各風(fēng)電場自行上報(bào)棄風(fēng)電量為5.69TWh,平均棄風(fēng)小時(shí)數(shù)622h,棄風(fēng)率24.2%;2013年,蒙西電網(wǎng)各風(fēng)電場自行上報(bào)棄風(fēng)電量3.92TWh,平均棄風(fēng)小時(shí)數(shù)456h,棄風(fēng)率17.69%。導(dǎo)致蒙西電網(wǎng)風(fēng)電棄風(fēng)原因主要有兩方面:網(wǎng)內(nèi)風(fēng)資源良好的地區(qū)通常遠(yuǎn)離負(fù)荷中心,風(fēng)電場接入點(diǎn)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱,風(fēng)電場發(fā)電受到電網(wǎng)結(jié)構(gòu)約束,存在熱穩(wěn)定、暫態(tài)穩(wěn)定、電壓穩(wěn)定等多種限制,局部區(qū)域無法對投產(chǎn)風(fēng)電項(xiàng)目的發(fā)電量進(jìn)行全額消納;蒙西電網(wǎng)以火電裝機(jī)為主,水電、燃?xì)鈾C(jī)組等調(diào)峰電源缺乏,為保證供電可靠性,減小風(fēng)電波動(dòng)性和間斷性的影響,必須預(yù)留足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量,火電開機(jī)方式較大,在負(fù)荷低谷期間,受電網(wǎng)調(diào)峰能力制約,網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電出力無法被全部接納。2風(fēng)電二次調(diào)度的必要性《可再生能源法》規(guī)定:在電網(wǎng)具備接納能力的條件下,應(yīng)按照全額接納或優(yōu)先發(fā)電的原則安排新能源發(fā)電上網(wǎng)。因此,風(fēng)電等新能源相對傳統(tǒng)能源具有優(yōu)先發(fā)電的地位,但事實(shí)上,在三北地區(qū)風(fēng)電裝機(jī)比例較大的電網(wǎng),存在風(fēng)電發(fā)展和電網(wǎng)接納能力不完全匹配的情況。考慮到風(fēng)電的不確定性,為充分發(fā)揮風(fēng)電的節(jié)能減排效益,風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模適當(dāng)大于電網(wǎng)的接納能力是合理的。針對風(fēng)電限電棄風(fēng)這一很難避免的問題,本文研究了在無法全額接納風(fēng)電的條件下,風(fēng)電場間有功功率的實(shí)時(shí)分配方法,即風(fēng)電的三公調(diào)度方法。一方面,有助于規(guī)范發(fā)電秩序,提高發(fā)電的公平性、透明性,切實(shí)落實(shí)風(fēng)電三公調(diào)度;另一方面,有助于構(gòu)建風(fēng)電場、電網(wǎng)和諧運(yùn)營環(huán)境,樹立風(fēng)力發(fā)電健康經(jīng)營氛圍,增強(qiáng)風(fēng)電發(fā)展后勁。3表3對三個(gè)風(fēng)面的配置方法的分析和比較3.1“三公”調(diào)度的編制、履行和監(jiān)督傳統(tǒng)電源的三公調(diào)度是指電網(wǎng)調(diào)度管理部門嚴(yán)格按照并網(wǎng)調(diào)度協(xié)議,遵循電力系統(tǒng)運(yùn)行的客觀規(guī)律,在公開、公平、公正的前提下編制、履行調(diào)度計(jì)劃,使同一電網(wǎng)內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電廠履行年度購售電合同進(jìn)度大致相當(dāng)。傳統(tǒng)電源的三公調(diào)度方法已經(jīng)研究成熟,并形成了相應(yīng)的工作辦法和制度。但是,新能源三公調(diào)度問題只存在于風(fēng)電規(guī)模較大的電網(wǎng),屬于局部地區(qū)電網(wǎng)的問題,因此一直沒有得到重點(diǎn)關(guān)注和研究。3.2國內(nèi)外無功功率分配方法分類風(fēng)電場有功功率分配方法,即風(fēng)電場三公調(diào)度方法,可以按照全年發(fā)電總量是否有上限,分為有計(jì)劃和無計(jì)劃2種;按照調(diào)度方式可以分為市場化方法和計(jì)劃管理式方法。按照公平發(fā)電優(yōu)先還是技術(shù)進(jìn)步優(yōu)先的原則對目前國內(nèi)外主要有功功率分配方法進(jìn)行了分類,如圖1所示。目前,國內(nèi)、外可以應(yīng)用于風(fēng)電三公調(diào)度的有功功率分配原則主要有以下幾種。3.2.1以小時(shí)數(shù)為基礎(chǔ)的新能源電網(wǎng)在風(fēng)電場間有功功率分配上,以“同區(qū)域、同類型風(fēng)機(jī),利用小時(shí)數(shù)大體相近”為原則,按照運(yùn)行情況,及時(shí)調(diào)整風(fēng)電場的優(yōu)先發(fā)電次序,通過對發(fā)電情況進(jìn)行人為干預(yù),使同區(qū)域、同類型風(fēng)電場利用小時(shí)數(shù)大體維持在同一水平。該方法是目前蒙西電網(wǎng)正在應(yīng)用的策略之一,其優(yōu)點(diǎn)是易于執(zhí)行,在新能源發(fā)展初期,可以保證新能源企業(yè)的基本發(fā)電量和盈利能力,特別是在風(fēng)電棄風(fēng)較為嚴(yán)重時(shí),能夠保證風(fēng)電基本生存權(quán)。其缺點(diǎn)是效率較低,考慮因素較少(如同一風(fēng)資源區(qū)面積很大,部分風(fēng)電場與其他風(fēng)電場在風(fēng)電同時(shí)性上不一致;微觀選址導(dǎo)致平均風(fēng)速存在差別;沒有考慮風(fēng)電場投資造價(jià)和管理水平差異等),有平均主義傾向,不能保證在選址、設(shè)備、管理上更優(yōu)的風(fēng)電場優(yōu)先發(fā)電。由于沒有合適的激勵(lì)方式,不利于先進(jìn)涉網(wǎng)技術(shù)的推廣應(yīng)用和風(fēng)電場自身管理水平的提高。3.2.2風(fēng)機(jī)細(xì)、強(qiáng)的風(fēng)源量和風(fēng)電按照風(fēng)電場等棄風(fēng)率原則,進(jìn)行風(fēng)電場有功功率分配。其中,棄風(fēng)率為棄風(fēng)損失電量與年理論總發(fā)電量的比值。該種方法的優(yōu)點(diǎn)是考慮了不同地區(qū)的風(fēng)資源豐富程度以及不同類型機(jī)組的風(fēng)能利用率,有利于風(fēng)能資源豐富和風(fēng)機(jī)質(zhì)量優(yōu)良的風(fēng)電場多發(fā)電,但沒有考慮技術(shù)和管理進(jìn)步因素。由于有功功率分配的實(shí)時(shí)性,必須實(shí)時(shí)進(jìn)行棄風(fēng)率測量,且必須排除故障機(jī)組、檢修機(jī)組對棄風(fēng)率的影響,這對風(fēng)機(jī)的監(jiān)控提出了更高的要求?，F(xiàn)有標(biāo)桿風(fēng)機(jī)棄風(fēng)方法遠(yuǎn)不能滿足要求,棄風(fēng)率的數(shù)據(jù)來源、計(jì)算方法、權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)定以及自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理等都是該方法實(shí)用化前必須解決和規(guī)范的問題。3.2.3綜合盈利水平和綜合穩(wěn)定性水平風(fēng)電場在投產(chǎn)前,綜合考慮測風(fēng)情況、機(jī)組水平、當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況,得出1個(gè)設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù),報(bào)項(xiàng)目主管部門作為該項(xiàng)目的審批數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)較為全面地反映了風(fēng)電場的風(fēng)資源利用水平和綜合盈利水平。風(fēng)電場設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)等比例平衡原則,即指在棄風(fēng)條件下,設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)高的風(fēng)電場優(yōu)先發(fā)電。該種策略的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡單,一定程度上隱性考慮了風(fēng)電場設(shè)備技術(shù)水平,按照月度或日度發(fā)電量進(jìn)行平衡即可。且由于在風(fēng)資源較好的區(qū)域國家的電價(jià)補(bǔ)貼較少,按照該原則進(jìn)行三公調(diào)度,在風(fēng)電總電量相同的情況下,可以節(jié)約國家的風(fēng)電補(bǔ)貼,社會(huì)成本較小。缺點(diǎn)是需要根據(jù)風(fēng)電場投運(yùn)時(shí)間、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化對設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)進(jìn)行及時(shí)修正,設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)的變更需權(quán)威第三方設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)確定并報(bào)電力監(jiān)管部門批準(zhǔn)。3.2.4不穩(wěn)定區(qū)域競爭絕對實(shí)時(shí)容量平衡方法,指不考慮風(fēng)電的不同時(shí)性,在任意時(shí)刻完全按照電網(wǎng)接納能力,等比例增大風(fēng)電接納或等比例棄風(fēng)。對于風(fēng)電場不能達(dá)到分配功率的情況,按風(fēng)電場發(fā)電能力下降處理。該方法實(shí)現(xiàn)簡單,在風(fēng)電場分布密集、同時(shí)率較高時(shí),具備很好的直觀性,易于做好場網(wǎng)溝通工作。西北電網(wǎng)采用的“基本容量+出力申請”競爭方式類似于絕對實(shí)時(shí)容量平衡方法。該策略的缺點(diǎn)是其控制出力指令不能正確反映實(shí)際出力情況,在風(fēng)電場風(fēng)速變化較大的情況下有可能導(dǎo)致風(fēng)電的波動(dòng)性增大,從而給系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰造成影響。3.2.5確定年度利用小時(shí)數(shù),保證風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行仿照火電的管理方式,由上級主管部門按照負(fù)荷預(yù)測、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、機(jī)組類型情況,對同地區(qū)、同類型機(jī)組給定1個(gè)小時(shí)數(shù),或綜合考慮各因素后在年初給每個(gè)風(fēng)電場制訂1個(gè)年度利用小時(shí)數(shù),由電網(wǎng)公司保證各風(fēng)電場利用小時(shí)數(shù)的完成?？梢赃m當(dāng)考慮風(fēng)電場技術(shù)指標(biāo)評價(jià),對力爭技術(shù)進(jìn)步的風(fēng)電場適當(dāng)增加一定的利用小時(shí)數(shù)。該策略管理思路清晰,計(jì)劃執(zhí)行、監(jiān)管較為簡便。但單個(gè)風(fēng)電場計(jì)劃小時(shí)數(shù)制訂方法復(fù)雜,需綜合考慮設(shè)計(jì)利用小時(shí)數(shù)、機(jī)組健康水平、風(fēng)電場管理水平、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等因素,并需要大量的歷史發(fā)電數(shù)據(jù)作為支撐。3.2.6限電以及計(jì)量比例限電期容量比例平衡原則是指風(fēng)電場在電網(wǎng)不棄風(fēng)期間,風(fēng)電場發(fā)電不計(jì)入利用小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì),在棄風(fēng)時(shí)段內(nèi),電網(wǎng)按照風(fēng)電場裝機(jī)容量比例等額限電。該種方法充分考慮機(jī)組小風(fēng)期間的利用率差異,有利于性能優(yōu)良的機(jī)組和微環(huán)境風(fēng)速較高的風(fēng)電場多發(fā)電,只需考察限電期間的發(fā)電量比例就可對平衡情況進(jìn)行評估和監(jiān)管。但該方法在棄風(fēng)時(shí)段僅考慮裝機(jī)容量這一因素,對于受尾流、偏航效應(yīng)影響較大的大型風(fēng)電場和小風(fēng)利用率不高的老舊發(fā)電機(jī)組不利。3.2.7按系數(shù)分卡進(jìn)行三公調(diào)度按照風(fēng)電場是否滿足電網(wǎng)管理、技術(shù)要求等條件,綜合考慮中短期預(yù)測準(zhǔn)確率、是否具備自動(dòng)發(fā)電控制及自動(dòng)無功控制功能、低電壓過渡能力及運(yùn)行情況,制訂風(fēng)電場綜合排名優(yōu)先級或綜合系數(shù),按照系數(shù)或風(fēng)電場優(yōu)先級進(jìn)行有功功率分配。東北電網(wǎng)部分地區(qū)按照該方法進(jìn)行三公調(diào)度。該策略綜合考慮了風(fēng)電場發(fā)電能力和技術(shù)進(jìn)步水平,有利于促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步。但綜合排名優(yōu)先級在算法上沒有國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),具體考慮哪些因素需要作進(jìn)一步深入研究。蒙西電網(wǎng)按照5個(gè)因素進(jìn)行風(fēng)電場綜合評價(jià)指標(biāo)計(jì)算:裝機(jī)容量、低電壓過渡能力、自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)、無功調(diào)節(jié)能力、發(fā)電計(jì)劃偏差率。3.2.8電量分配策略國外主要利用市場作為有功功率上網(wǎng)分配手段,通過價(jià)格的杠桿作用進(jìn)行電量分配,該種策略有利于激勵(lì)發(fā)電企業(yè)采用新技術(shù)以降低風(fēng)電的發(fā)電成本。4行業(yè)十件大事行業(yè)規(guī)劃目前,蒙西電網(wǎng)各電源的年發(fā)電計(jì)劃由內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)編制下達(dá),由內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)執(zhí)行,最終確保各發(fā)電企業(yè)均衡完成年度調(diào)控目標(biāo)。4.1全年總發(fā)電指標(biāo)和個(gè)風(fēng)電場利用小時(shí)數(shù)對于風(fēng)力發(fā)電,內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)信息化委員會(huì)確定的總原則是“在確保電網(wǎng)安全的條件下,優(yōu)先安排可再生能源機(jī)組上網(wǎng)發(fā)電,做到風(fēng)力發(fā)電保障性上網(wǎng)發(fā)電和水電站不棄水”。通常給定2個(gè)指標(biāo):全年總發(fā)電量指標(biāo)和單個(gè)風(fēng)電場的平均利用小時(shí)數(shù)。如2014年全網(wǎng)風(fēng)電全年計(jì)劃電量按24TWh考慮,風(fēng)電機(jī)組平均利用小時(shí)數(shù)按2000h考慮。4.2靈活三公調(diào)度策略2012年,內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司調(diào)度部門在風(fēng)電三公調(diào)度方面采用單一策略,即在保證風(fēng)電優(yōu)先發(fā)電地位和風(fēng)電年度發(fā)電總量的基礎(chǔ)上,在電網(wǎng)無法接納時(shí)段,按照“同區(qū)域、同類型風(fēng)機(jī)利用小時(shí)數(shù)大體相近”原則對風(fēng)電場安排必要棄風(fēng)。2013年開始,內(nèi)蒙古(集團(tuán))有限責(zé)任電力公司調(diào)度部門在對風(fēng)電運(yùn)行情況深入分析后,對原有單一調(diào)整策略做了修正,制訂了更加符合實(shí)際情況的靈活三公調(diào)度策略。具體操作上,首先按照風(fēng)電預(yù)測情況,對內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)信息化委員會(huì)下達(dá)的風(fēng)電年度發(fā)電量進(jìn)行分解,將風(fēng)電月度發(fā)電計(jì)劃電量計(jì)入月度平衡。在實(shí)時(shí)調(diào)度環(huán)節(jié),調(diào)度部門綜合考慮電網(wǎng)極限、調(diào)峰能力、供熱需求等,針對不同的情況采用不同的策略。通常,對不受局部電網(wǎng)約束的風(fēng)電場,按照“注重效率,兼顧公平”的原則進(jìn)行控制,一般采用限電期容量比例平衡的辦法進(jìn)行整體控制。對受局部電網(wǎng)約束嚴(yán)重的風(fēng)電場,若風(fēng)電場預(yù)期利用小時(shí)數(shù)數(shù)低于同類地區(qū)利用小時(shí)數(shù),按照“注重公平,兼顧效率”的原則,充分利用通道輸送能力,按照絕對實(shí)時(shí)容量平衡原則,優(yōu)先安排受限風(fēng)電場上網(wǎng)發(fā)電。蒙西電網(wǎng)風(fēng)電靈活控制策略按照小風(fēng)季、大風(fēng)季、是否供熱以及供熱需求大致可以劃分為3個(gè)主要控制場景,具體控制方法如圖2所示。4.3風(fēng)電發(fā)電均衡分析圖3和圖4分別為2012年、2013年風(fēng)電裝機(jī)容量按利用小時(shí)數(shù)分布圖?？梢钥闯?在2013年實(shí)施風(fēng)電靈活三公調(diào)度策略后,相對2012年的單一三公調(diào)度策略,風(fēng)電場發(fā)電量分布更加均衡,共約43%的風(fēng)電裝機(jī)全年利用小時(shí)數(shù)分布于2200~2300h,考慮到部分地區(qū)風(fēng)電場不但受全網(wǎng)調(diào)峰能力約束,還受到局部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)約束,2013年風(fēng)電發(fā)電均衡情況已相當(dāng)理想。通過上述分析可以看出,靈活的風(fēng)電三公調(diào)度策略更加適用于目前蒙西電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況。蒙西電網(wǎng)采用的基于多種策略的三公調(diào)度措施是有效的,該措施在促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)良性發(fā)展、緩解場網(wǎng)矛盾方面取得了良好效果。5風(fēng)電三公調(diào)度策略研究的關(guān)鍵問題隨著國家對能源安全、節(jié)能減排以及霧霾治理等工作重視程度的不斷加強(qiáng),以風(fēng)電為代表的新能源裝機(jī)規(guī)模必將不斷擴(kuò)大,在目前國內(nèi)尚無電力市場機(jī)制的情況下,風(fēng)電三公調(diào)度問題是關(guān)乎新能源能否健康發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。目前風(fēng)電三公調(diào)度策略研究面對的最大