利用特高壓交流外送通道打捆輸送風火的容量計算

利用特高壓交流外送通道打捆輸送風火的容量計算

0特高壓風火打綁送電通道外送通道錫林郭勒盟地區(qū)風資源豐富，適合大規(guī)模通風基地的建設(shè)。大規(guī)模、集中的風電電源基地發(fā)展需要配套建設(shè)適當規(guī)模的調(diào)峰電源。最佳調(diào)峰電源是水電,可是我國風電資源豐富地區(qū)往往水電資源相對短缺,因此大規(guī)模風電基地的調(diào)峰任務(wù)主要由火電機組來完成。為了充分利用風資源優(yōu)勢,降低單純風電基地出力功率波動對受端系統(tǒng)的影響,在一定范圍內(nèi)同時建設(shè)大規(guī)模風電、火電基地并考慮采用長距離、大容量風火打捆送電通道外送,是目前大型風電基地并網(wǎng)的主要開發(fā)模式。根據(jù)國家電網(wǎng)總體規(guī)劃,“十二五”期間,規(guī)劃建成“三縱三橫”特高壓骨干網(wǎng)架,形成華北、華東和華中(三華)交流特高壓同步電網(wǎng)。其中錫盟—南京1000kV特高壓交流輸變電工程是重要組成部分。該工程建成后,其點對網(wǎng)外送通道送電能力達到9000MW,滿足錫盟地區(qū)風電、煤電打捆電力外送的要求。在無法跨越依靠火電機組為風電調(diào)峰的技術(shù)門檻前提下,為了盡可能利用清潔能源的同時又不失火電機組的經(jīng)濟性,充分分析風電基地的出力特性,研究論證合理的風電、火電裝機容量和比例顯得尤為重要。1風火打綁配置的原則風火打捆送電就是利用火電的調(diào)節(jié)能力來彌補風電出力的波動,保證外送通道潮流功率的穩(wěn)定,減少大規(guī)模風電送出對受端系統(tǒng)其他機組運行和供電的影響。若風電基地規(guī)模過大,風火打捆所占的比例過高,在外送通道能力一定的前提下,盡可能消納風電電力,火電裝機比例就需要降低。此時低谷負荷時段受火電機組調(diào)峰能力的限制可能導致大量棄風;而在高峰負荷時段又存在由于風電無法保證出力導致無法滿足送電通道電力需求的問題。反之,若風電基地規(guī)模過小,風火打捆所占的比例過低,沒有充分體現(xiàn)清潔能源的優(yōu)勢,同時沒有合理充分利用現(xiàn)有火電機組的調(diào)節(jié)手段。無論從經(jīng)濟性還是技術(shù)性看,風火打捆送電必然存在一個風電和火電合理地打捆容量問題。為了研究風火打捆合理配置容量,需要對風火打捆配置的原則進行界定。利用特高壓交流外送通道進行風火打捆外送,在滿足原則的情況下是合理的:a.在滿足系統(tǒng)消納電力電量要求的前提下,能夠消納風電的絕大部分電量,棄風電量所占比例很小;b.火電機組運行在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi),避免影響設(shè)備安全的運行方式;c.保證負荷或者系統(tǒng)供電的需要及其可靠性要求,不應(yīng)因為風電的隨機性造成對負荷供電可靠性的降低;d.風電、火電以及輸電系統(tǒng)均應(yīng)有較好的運行經(jīng)濟性。還需要考慮安排風火運行的帶負荷順序、確定風火調(diào)度運行原則。如:在滿足系統(tǒng)負荷需要的前提下,首先安排火電機組的最小技術(shù)出力發(fā)電帶負荷,然后安排風電發(fā)電,最后是火電的可調(diào)容量發(fā)電帶負荷。在系統(tǒng)最低負荷時段,風電也可以考慮適當棄風的原則等。2系統(tǒng)腰荷時段的運行與調(diào)度對于錫盟基地風火打捆點對網(wǎng)送電情況,影響風火合理配置的關(guān)鍵因素主要有:a.系統(tǒng)高峰負荷時段的運行與調(diào)度,此時影響風火打捆的關(guān)鍵因素是火電裝機容量及風電保證出力;b.系統(tǒng)低谷時段的運行與調(diào)度,此時影響風火打捆的關(guān)鍵因素是火電調(diào)峰能力及風電有效出力;c.系統(tǒng)腰荷時段的運行與調(diào)度,此時影響風火打捆的關(guān)鍵因素是火電跟蹤風電出力變化的調(diào)速配合問題。在風電的調(diào)度運行及計算中,由于風電的隨機性及統(tǒng)計特性,一般風電特性的分析采用編制風電持續(xù)出力曲線并在曲線上選取特定保證率下的風電出力值進行研究。研究中,高峰負荷時段與低谷負荷時段使用的風電出力是不同的,高峰負荷時段因要保證對負荷的可靠供電,需要采用高保證率的出力,本文采用90%保證率出力;而低谷負荷時段,為了減少風電棄風,需要采用低保證率的出力或風電有效出力,本文采用10%保證率出力。3風火救援容量分析與計算3.1風電鉆機的模型結(jié)合影響風火打捆合理配置的關(guān)鍵因素分別進行分析。理論上可以根據(jù)高峰時段的預留電力需求來計算風電裝機,但通過大量風電數(shù)據(jù)測算及實際運行情況看,風電保證出力水平較低,在保證率為90%的情況下,風電保證出力不及裝機容量的10%,若保證率要求為95%,則風電保證出力還將進一步降低。若僅按照高峰負荷預留電力及風電90%或95%的保證率出力來折算風電裝機,其風電裝機是十分巨大的,不現(xiàn)實也是不經(jīng)濟的。另外,考慮了火電設(shè)備檢修備用之后,對于充分利用9000MW的外送電能力來說,完全取決于機組開機方式,風火打捆的最大出力決定于開機方式和風電的預計保證出力,即使在高峰負荷時段不考慮為風電預留電力,當風電有出力時,仍可以通過火電調(diào)節(jié)能力滿足風電電力消納并同時保證外送通道潮流功率需要。因此在高峰負荷時段,本文暫不考慮為風電預留電力容量,以高峰負荷來確定火電裝機。若以低谷負荷時段的最小調(diào)峰裕度及風電有效出力來折算風電裝機容量,可以說低谷負荷時段有90%以上的概率可以全額接納風電電力,這樣棄風概率為10%,棄風電量經(jīng)計算不超過1%,由此計算風電裝機容量是比較合理且經(jīng)濟的。因此在低谷負荷時段,本文以低谷負荷的最小調(diào)峰裕度及風電有效出力來確定風電裝機。理論上可以通過研究風電、火電的最大變化率來確定一個風火打捆的比例,但由于沒有大型風火基地聯(lián)合運行經(jīng)驗,工程前期階段所能掌握的測風資料又有限,無法詳細分析風電場的出力變化規(guī)律。本文認為,對于腰荷時段風火調(diào)速配合問題的分析,可以簡化為在高峰負荷、低谷負荷所確定的火電、風電容量的基礎(chǔ)上,依據(jù)現(xiàn)有風電相關(guān)規(guī)程規(guī)定的變化率限值及火電實際運行特性來進行調(diào)速配合校核。3.2確定用電、用電的用量結(jié)合風火打捆容量的理論分析,利用特高壓交流外送通道點對網(wǎng)的風火打捆外送,風火裝機規(guī)?？砂慈缦路椒ㄓ嬎?a.以高峰負荷時段的送電需求來確定火電裝機容量;b.以低谷負荷時段的最小調(diào)峰裕度來確定風電裝機容量;c.在腰荷時段,用確定的風電、火電的裝機容量來校核風火打捆的調(diào)速配合;d.分別計算風電、火電利用小時數(shù),從經(jīng)濟性角度校核風火配合的合理裝機容量。4高壓通道風火聯(lián)合傳輸容量分析以錫盟—南京特高壓交流通道點對網(wǎng)風火打捆外送為例,按照上述方法對風火打捆容量進行計算分析。4.1發(fā)電負荷的送電效率錫盟—南京特高壓交流通道高峰負荷送電能力為9000MW,低谷負荷送電取高峰負荷的60%,即5400MW;火電機組單機容量為660MW,廠用電率取8%,最小技術(shù)出力取機組最大出力的50%。通過對測風數(shù)據(jù)分析,低谷負荷時段風電有效出力(10%保證率出力)取0.483。4.2發(fā)電效率及容量對遠距離送電規(guī)模高達9000MW的電源基地,考慮火電機組一定容量的檢修備用是必要的。對本例研究對象,考慮到送電距離遠、輸變電投資大,且是點對網(wǎng)送電,適當增加檢修備用容量,從通道利用率、經(jīng)濟性、供電可靠性等方面來講是合適的?？紤]高峰負荷(9000MW)不為風電預留容量的前提下,9000MW全部為火電出力,按照660MW機組廠用電率8%計算,當滿送電時需要開機容量約9800MW,約合15臺660MW機組?？紤]檢修備用情況,當裝機16臺,檢修備用容量約7.9%;當裝機17臺,檢修備用容量約14.7%?？紤]到電廠裝機臺數(shù)一般為偶數(shù),因此本文火電機組總裝機容量暫按16臺660MW機組考慮?？紤]到外送通道風火打捆外送的特殊性,盡可能利用風能又不過多棄風原則,初步計算,正常運行方式時安排14臺運行、2臺備用的運行方式能夠滿足電力需求,且無論高峰或低谷負荷,對風電的接納均更有利。4.3風電效率的計算在火電裝機容量確定的基礎(chǔ)上,按照正常方式14臺660MW火電機組最小技術(shù)出力及低谷負荷5400MW計算,最小調(diào)峰裕度為1200MW。依據(jù)盡可能消納風電電量原則,以風電10%保證率出力作為風電有效出力計算,風電的裝機容量約2500MW;當風電裝機容量為2500MW時,低谷負荷時段90%概率的風電能夠全部消納,初步估算棄風電量不超過1%。4.4基本風速特性國家電網(wǎng)公司關(guān)于風電有功功率控制要求為:對于裝機容量大于等于150MW的風電場,要求的1min、10min最大變化量分別為15MW、50MW。錫盟地區(qū)規(guī)劃10座大型風電場,初步估算風電基地電力的1min、10min最大變化量分別不大于150MW、500MW。對于火電機組調(diào)速特性,根據(jù)電網(wǎng)相關(guān)規(guī)定及實際運行經(jīng)驗,火電機組1min調(diào)速能力可達到機組容量的2%,10min或更長時間調(diào)速能力能夠達到機組容量的1%/min。由此計算正常方式下14臺機組1min、10min能夠達到的調(diào)節(jié)能力分別為184.8MW/min、924.0MW/min,就是說火電機組短期及長期的調(diào)速能力均能滿足跟蹤風電功率變化的需要。4.5風火出力曲線根據(jù)計算得出風、火裝機容量及送電通道容量,取風電出力最大日和風電出力峰谷差最大日對風火打捆電力送電曲線進行擬合,如圖1、2所示(風電理論出力曲線與風電實際出力曲線重合)?？梢钥闯?2個典型日中,火電機組能夠較好地跟蹤風電出力的變化。風火聯(lián)合送電在技術(shù)上是可行的,風火匹配效果較好。4.6風電機組年發(fā)電量及利用小時數(shù)從電源運行的發(fā)電利用小時數(shù)指標角度看,通過對風火機組利用小時數(shù)的測算,來反映兩者的運行經(jīng)濟性。一般情況下特高壓交流外送通道的送電電量基本確定,也即風電、火電兩者的利用小時數(shù)是此消彼長的關(guān)系。在盡量消納風電電量的原則下,并允許在負荷低谷時段風電損失少量電量,即取90%保證率對應(yīng)的風電有效出力進行計算,按照統(tǒng)計規(guī)律得到的風電年發(fā)電量是基本確定的,風電年等效利用小時數(shù)經(jīng)計算約2564h。在錫盟外送通道送電電量一定的基礎(chǔ)上,將風電電量扣除后,即為火電全年發(fā)電量。按16臺660MW機組計算,火電機組年利用小時數(shù)約5241h。目前風電機組利用小時數(shù)一般為1800~2300h,火電機組利用小時數(shù)為4800~5500h。因此,錫盟基地風火打捆后,風電、火電的經(jīng)濟性均能保證;同時避免了過度棄風導致風電利用小時數(shù)過低,或過分強調(diào)全額接納風電導致火電運行條件及經(jīng)濟性較差的情況。5風火打綁送電方案探討研究合理的風火配合比例問題是研究一個多約束條件下的非線性優(yōu)化問題,其約束條件包括火電機組的經(jīng)濟性、風電場的經(jīng)濟性、負荷需求特性、火電開機容量、火電機組調(diào)節(jié)特性和風電出力季節(jié)特性等。規(guī)劃前期階段,按照本文提出的風火打捆送電的主要原則及關(guān)鍵影響因素進行分析是合適的。以錫盟特高壓交流通道點對網(wǎng)輸電為例,提出根據(jù)送電曲線運行方式計算風火打捆容量的分析思路及計算方法。從研究結(jié)果看,采用本文提出的方法對風火打捆容量進行配置,從技術(shù)方案、送電可靠性及經(jīng)濟性來說均是可行的。目前我國可再生能源快速發(fā)展,開展利用大容量火電輸電通道增加風電送出的研究是很有意義的。本文的方法對今后開展類似研究及工程工作具有參考和借鑒作用,對于錫盟通道相關(guān)結(jié)論可為該地區(qū)風電發(fā)展規(guī)劃提供參考。(1)峰時段送電電力以錫盟—南京交流特高壓外送通道為例,為滿足高峰時段送電電力達到9000MW,即要滿足高峰時段