限电工况下风电场日内运行模式的经济性研究

限电工况下风电场日内运行模式的经济性研究

               ,王鹏 ,康伟 

中广核新能源内蒙古分公司  内蒙古自治区 呼和浩特市 010000

摘要：随着风电产业的发展，风电在电网中所占比例越来越大，但风电出力的不确定性影响着电网安全运行。为了提高电网运行的可靠性，对风电场限电进行合理优化具有重要意义。目前，国内外学者在风电场限电分析、限电优化运行模式等方面进行了大量研究。然而，由于风力发电本身具有随机性和间歇性，而实际运行中为了提高系统的稳定性，往往需要在一定的时间范围内进行调整，因此对风电场限电的分析是十分必要的。本文主要从限电工况下风电场日内运行模式的经济性角度出发，分析了日内运行模式对风电场经济效益的影响，并提出了一种基于风储检联合运行的优化策略。

关键词：限电工况；风电场；日内运行模式；经济性

1.引言

随着我国风电产业的迅速发展，在风电并网总装机容量不断增加的同时，由于风电出力的随机性和间歇性，给电力系统运行带来了诸多不利影响。为了提高系统的稳定性，必须对风电出力进行控制，限制其对系统产生负面影响。目前，国内研究人员主要通过优化风电场并网运行方式来实现对风电出力的控制，同时提高系统的稳定性。然而，在实际运行中由于受到各种因素的影响，往往需要一定时间范围内对风电场限电。而风电场内可利用的风能资源有限，同时考虑到风电出力具有较大的随机性和间歇性，因此如果采用频繁限电来提高风电场发电效益是不可行的。

2.风电场限电分析

2.1风电场出力特性

随着风电场并网容量的不断增大，其出力特性也在发生变化，并直接影响着其经济性。不同地区的风电发展速度与规律各不相同，但总体上呈现出如下特点：

（1）我国中东部地区风能资源丰富，年平均风速较大，且风力资源分布较为集中；而西北和东北等地风能资源相对匮乏，年平均风速小且风速变化幅度较大。

（2）在同一地区的不同时间，其风力资源的分布也具有明显的差异。例如在同一地区的同一时间内，上午和下午的风力资源均较为丰富。

从总体上看，风电场的出力特性主要有以下几点：（1）从日出力曲线来看，在一定的时间段内，风电场的出力曲线会呈现出一定的波动性；在一天中，不同时间点的风电出力曲线具有明显的差异，通常在上午时段出现最大值，下午时段出现最小值。从曲线上看，日内的平均出力主要受风向与风速两个因素影响，而日间的平均出力则主要受风力强度和机组状态等因素影响。（2）从风电场内部来看，各风电场的风机具有不同程度的冗余系数，在不同时段内其冗余系数不同；当风电场中存在一定数量的风电机组时，其风机的冗余系数也会随之发生变化；当风电场中存在两台以上风机时，其冗余系数会随着单机容量增大而降低。

2.2风电场限电影响因素

为了对风电场限电现象进行研究，首先需要明确影响风电场限电的因素，在此基础上建立一套完整的风电限电评价指标体系。

风电场限电指标体系包括三个方面：一是风电机组运行状态，指风电机组的出力水平、故障状况以及发生故障的次数等；二是外部电源故障对风电机组造成的影响，如电网故障导致风电机组无法及时并网，电网发生异常情况时风电机组无法及时完成指令；三是系统运行状况，如系统中各设备的运行参数以及系统的稳定性等。

在确定影响风电场限电的因素时，主要考虑以下几个方面：一是风电机组运行状态，包括风机故障次数、风机故障影响范围以及风机故障后的恢复时间；二是外部电源对风电机组造成的影响，包括电网电压波动、系统运行工况以及系统电压幅值波动等；三是系统运行状况，包括系统中各设备运行参数以及系统的稳定性等；四是风电机组控制策略，包括风电场无功功率控制策略、风电机组故障类型以及风电机组输出功率限制等；五是其他因素，包括天气状况、风电机组出力变化程度以及系统负荷情况等。在确定影响风电场限电的因素时，需要进行详细分析。

2.3风电场风储检联合运行模式

风电场的运行需要消耗大量的电能，但在电网运行中，由于风电出力的不确定性和间歇性，若按照风电出力特性来安排风电场的运行模式，势必会给电网带来较大的冲击。因此，为了充分利用风电资源，提高风电场经济效益，就需要对风电场的运行模式进行优化。

目前，对于风电场的优化调度主要有以下几种模式：一是实时调度模式，在实时调度模式下，所有风电场按照统一计划进行出力和出力调整；二是计划调度模式，通过实时调度系统计算出各个风电场在某一时段内的发电计划；三是分时段调度模式，在分时段调度模式下，每个风电场按照自己的发电计划进行发电。

在上述三种模式中，实时调度模式是最接近于风电场运行实际的，也是目前国内外最常用的风电调度方式。计划调度模式可以有效地避免风电场在某一时段内出力变化过大而给电网造成冲击，但计划调度模式要求实时调度系统能够准确地预测风电出力，以保证系统的安全性和稳定性。

而分时段调度模式则可以根据不同的风电出力特性来对风电场进行分类，如可分为高、中、低三类；对于高风电出力特性的风电场，其运行模式则应采用计划调度模式，而对于低风电出力特性的风电场则应采用实时调度模式。通过对风电场运行模式的合理安排，可以提高风电场的经济性，从而提升风电场整体的经济效益。

2.4风电场日内运行模式优化设计

风电场日内运行模式优化的设计是一种动态规划方法，在机组调度时，根据日调度计划安排，使风电场在给定的日调度计划范围内，尽可能地将风电出力调整到最佳状态。由于风电出力具有随机性和间歇性，要提高风电场的经济效益，就要充分考虑机组发电效率和电力系统运行的可靠性，而日调度计划是一个多目标规划问题。

日前调度计划安排通常是根据历史数据来制定的，而实际运行过程中机组实际出力往往超出预测出力的上限，因此要根据机组实际出力和电网运行要求进行日调度计划的调整。本文主要研究风电机组在日内运行模式下如何进行调度。本文主要将风储检联合运行优化模型分为四个模块，即：

（1）数据处理：对风电预测数据和调度计划数据进行预处理，然后根据风电机组的实际运行情况来安排机组的启停操作。

（2）目标函数：根据已知条件，确定风电场的经济调度目标，其中主要包括运行成本、环境保护成本和安全成本三部分。

（3）约束条件：风电机组在日内运行过程中，要保证对电网的安全稳定运行，同时尽量降低对环境保护和电网运行的影响，因此需要满足以下约束条件：

（4）目标函数求解：根据已知条件对上述三个目标函数进行求解，即可得到风电场的日内调度方案。

在调度方案的基础上，对风电出力进行预测，并对预测误差进行修正，以减少风电波动的影响，达到提高经济效益的目的。将修正后的风电出力数据加入到调度计划中，同时将该调度计划数据与风电预测数据进行匹配，得到一组满足调度要求的日前调度计划。

3.结论

本文在对风电场限电分析的基础上，通过建立风电场运行模式优化模型，给出了风电场日内运行模式的优化方法。对于日内运行模式，由于采用风电出力作为储能系统的输出，可在一定程度上降低储能系统的成本，提高经济效益；对于日外运行模式，由于采用风电出力作为储能系统的输出，可有效提高储能系统的容量利用率，降低其成本；同时，风电出力波动较大，使得日内运行模式需要对其进行合理调度，因此本文提出了一种基于风储检联合运行的优化策略，该策略在满足系统稳定的前提下尽量降低风电出力波动对储能系统容量利用率和电网运行可靠性的影响。

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