根据确定性和概率性的风电消纳才能评价研讨
现在国内外关于风电消纳才能剖析的研讨首要考虑的是极点时段和单一要素，缺少对影响消纳才能的各个层面进行剖析，一起无法考虑全时段风电出力特性，从多个场景长期标准来评价风电消纳才能。本文首要概括风电消纳才能评价的相关要素，提出了一种确定性和概率性相结合的办法，从多个视点对风电的消纳才能进行科学核算与评价。其间确定性评价办法首要依据单一苛刻场景进行剖析，概率性评价办规律依据含风电的8760小时时序运转模仿成果，在保证全年最大弃风电量份额低于5%的状况下，得到的最劲风电接入容量。接着以某省级电网为例，评价其风电消纳才能，辨认影响电网风电消纳的要害要素。
风电消纳才能评价相关要素
调峰才能
比较传统的发电办法，风力发电的出力具有显着的不确定性和不可控性，当风速改变引起风电场功率改变时，需求随时调整体系中惯例动力机组的出力，以满意体系负荷需求。在不考虑风电场功率猜测的状况下，传统的体系日前发电计划中无法考虑风电的预期出力，为了满意体系电力平衡，电网开机计划与运转办法按风电场出力为0考虑。当电网中风电出力增大时，需求下降电网中惯例动力机组出力以保证电网电力平衡，此刻，决议电网的调峰才能取决于整个电网中惯例动力机组下降出力的才能。在考虑风电场功率猜测的状况下，体系将风电出力猜测归入电网调度与开机计划，将风电当作负的负荷处理，此刻，部分调峰才能已经在发电计划中表现，当风电实践出力与猜测发生差错时，需求调用体系剩下的调峰才能。
跟着体系内风电装机占体系最大负荷的份额不断扩大，电网的调峰需求将逐渐添加，电网的调峰才能或许成为风电开展的技能瓶颈。可用于平衡风电功率动摇的电网调峰容量关于电网的不同运转办法、电网的不同负荷水平都是不同的，因而，体系调峰才能将直接影响风电的消纳水平。
调频才能
电力体系需求坚持供需之间的实时平衡。因为负荷的不确定性，猜测负荷与实践负荷之间存在必定的差错，并由此发生不平衡负荷，电力体系需求实时平衡这部分差错。体系的AGC、旋转备用、非旋转备用和代替备用等便是为平衡这部分差错所设置的。其间，AGC用于实时处理较小的负荷与发电功率的不匹配，坚持体系频率，并使操控区内负荷与发电功率的差错及操控区之间的交流功率实践值与计划值的差错最小。
依据国内外的遍及状况，体系AGC需求约为体系最大负荷的3%，这部分AGC需求仅对应负荷短期的动摇。当体系中接入较多风电时，因为风电场自身不能够供给AGC服务，因而，体系中惯例机组不只需求为负荷供给AGC服务，并且还要为风电场的出力动摇供给AGC服务。体系AGC的服务目标由原始负荷曲线变为考虑风电出力后的等效负荷曲线。因而，需求研讨风电出力秒级至分钟级的动摇特性以及由此添加的体系AGC服务需求，评价体系调频储藏对风电消纳才能的影响。
备用才能
电力体系中各类备用的效果是为了应对电力体系的各种不确定性。其间关于电力体系短期调度而言，负荷备用的效果是为了应对体系负荷猜测的差错而或许发生的负荷-发电不平衡。风电的接入为体系负荷与发电平衡带来了新的不确定性。与惯例机组不同，风电出力具有间歇性，难以进行自若的有功操控，关于日前调度而言，体系惯例机组不只要为负荷预留备用，并且需求为风电预留备用。在风电接入容量较小的状况下，不管日前发电计划仍是实时调度，能够暂不考虑风电的出力。跟着风电接入容量的添加及随之对电网影响的增大，调度运转中考虑风电猜测出力已经成为大势所趋。
现在数值天气预报技能对风速猜测的精度较低，并且风速猜测差错跟着猜测提早时段的添加而急剧添加，因而比较负荷而言，风电的短期具有较大的不确定性。在日前发电计划中，风电出力的不确定性或许大于负荷的不确定性。风电接入后，体系需求取更多的旋转备用以应对风电实践出力与猜测值的差错。因而，体系备用储藏对风电消纳才能发生较大的影响。
风电消纳才能评价办法
本文提出确实定性与概率性相结合的风电消纳才能评价办法结构图如图1所示。
风电消纳才能确定性评价模型与办法
确定性的剖析办法是指经过对电力体系各边界条件进行科学的假定或设定后打开相应剖析的办法，本文中首要依据确定性剖析场景库，依据典型体系负荷曲线与风电出力曲线，对风电消纳才能进行剖析与评价。
确定性剖析的场景库首要从负荷曲线和日风电场出力曲线两个维度来树立。关于负荷，选取最大负荷日、最小负荷日、最大峰谷差日三个典型场景;针对每个典型的负荷场景，依据95%置信度下的风电最大出力与最小出力，构建理论正调峰、理论反调峰日风电场出力曲线，终究组合为6个确定性风电消纳才能评价场景。
对每个确定性场景，别离运用软件进行日运转模仿核算，核算各场景体系的总调峰需求、风电引起的峰荷正旋转备用以及谷荷负旋转备用，一起核算运转模仿成果中火电的调峰率以及火电供给的旋备份额，其间火电的调峰率界说为火电峰荷电力除以火电的开机容量，火电供给的旋备份额等于火电供给的旋备容量除以开机容量。
关于调峰束缚，选取调峰需求最大及火电调峰率最高的场景作为调峰束缚下的要害场景;逐渐添加风电装机容量，运用软件进行运转模仿，直至体系调峰才能缺乏呈现弃风，则该临界场景劣势电容量即为调峰束缚劣势电可消纳容量。
关于备用束缚，选取备用需求最大以及火电供给旋备份额最低的场景作为备用束缚下的要害场景;逐渐添加风电装机容量，运用软件进行运转模仿，直至体系备用缺乏或许呈现弃风，则该临界场景劣势电容量即为备用束缚劣势电可消纳容量。
关于调频束缚，调频需求首要在最大负荷日由负荷引起，在最小负荷日风电出力动摇则占较大份额，选取最大最小负荷日为要害场景，风电选取典型出力曲线;逐渐添加风电装机容量，运用软件运转模仿的开机计划，比照体系的调频才能与调频需求，直至体系调频缺乏，则该临界场景下的风电容量即为调频束缚劣势电可消纳容量。
风电消纳才能概率性评价模型与办法
新动力消纳才能概率性评价依据概率性剖析场景库来对各要素下的新动力消纳才能进行评价。运用软件运转模仿生成全年8760点风电时序出力，将风电时序出力与时序负荷一一对应，则能够得到365个含风电的概率性场景，即为概率性评价场景库。对概率性评价场景库的各个场景别离进行考虑多种束缚的运转模仿，核算全年的弃风电量，即可表征风电的消纳水平。
设置风电消纳才能概率性评价最大弃风电量份额为5%，逐渐添加风电装机容量，一起依据风电装机容量不断进步备用率，核算在不同装机容量下全年的弃风电量份额，直至弃风到达设定值，此刻的风电装机容量为概率性风电消纳才能。
算例剖析
本部分运用前文的剖析办法，对某省级电网规划年的风电消纳才能进行评价，所触及的模仿核算选用清华大学电机系开发的电力规划决议计划支持体系。该省级电网规划年猜测最大负荷12600万千瓦，总装机容量16000万千瓦，其间煤电占48%，气电20%，核电15%，新动力占10%，其他占7%。
风电特性剖析
首要搜集该省级电网已投产的7座风电场前史出力数据，进行月度和日出力特性剖析。其间最大出力特性剖析时，取95%保证率对应的出力，意图是有效地挑选掉瞬时冲击出力。
月度出力特性。从核算成果来看，全省风电月均匀出力呈现丰小枯大的特色。全年各月均匀出力在0.10～0.34之间，5～9月均匀出力较小，丰枯期电量比约为39%:61%。全省风电月最大出力依然呈现丰小枯大的特色。全年各月最大出力在0.29～0.55之间，7～9月最大出力较小，全年最大出力呈现在12月。
日出力特性。从核算成果来看，全省风电日均匀出力丰期的出力规模为17%～19%，枯期的出力规模为26%～30%，且晚上20时到清晨均匀出力略高。
从核算成果来看，全省风电日最大出力丰期的出力规模为40%～51%，午后12时到下午5时最大出力较高;枯期的出力规模为49%～55%，晚上9时到清晨最大出力较高。
确定性风电消纳才能评价
确定性评价场景库。关于负荷共选取3个场景，别离为最大负荷日、最小负荷日以及最大峰谷差日;关于风电，选取2个场景，别离是理论正调峰和理论反调峰出力曲线组合生成的场景。
对各个场景别离进行运转模仿，表1中别离核算了各场景体系的总调峰需求、风电引起的峰荷正旋转备用及谷荷负旋转备用，表中一起核算了运转模仿成果中火电的调峰率以及火电供给的旋备份额，其间火电的调峰率界说为火电峰荷电力除以火电的开机容量，火电供给的旋备份额等于火电供给的旋备容量除以开机容量。
从调峰视点剖析：最大峰谷差日反调峰场景体系调峰需求最大，一起火电机组调峰率较大，燃机彻底参加调峰，最小负荷日反调峰场景燃机开机容量下，火电机组调峰率最大，燃机彻底参加调峰，因而挑选该两个场景为调峰束缚劣势电消纳才能评价的要害受限场景;从备用视点剖析：最大负荷日正调峰场景劣势电峰荷正旋转备用需求最高，最小负荷日正调峰燃机能够供给的旋备容量在各场景中是最低的，因而挑选该两个场景为备用束缚劣势电消纳才能评价的要害受限场景(见图2)。
调峰束缚劣势电消纳才能评价。选取确定性场景库剖析指出的影响风电消纳的调峰束缚要害受限场景：最大峰谷差日反调峰场景以及最小负荷日反调峰场景，逐渐添加风电装机容量，运用软件进行运转模仿，直至体系调峰才能缺乏呈现弃风，则该临界场景劣势电容量即为调峰束缚劣势电可消纳容量。仿真成果如表2所示。
关于最大峰谷差日反调峰场景和最小负荷日反调峰场景，当风电均从规划装机减至6000兆瓦时，体系根本不弃风。因而可知，考虑调峰束缚确实定性场景评价下，风电消纳才能为6000兆瓦。
备用束缚劣势电消纳才能评价。选取确定性场景库剖析指出的影响风电消纳的备用束缚要害受限场景：最小负荷日正调峰场景与最大负荷日正调峰场景，逐渐添加风电装机容量，运用软件进行运转模仿，直至体系备用容量缺乏呈现弃风，则该临界场景劣势电容量即为备用束缚劣势电可消纳容量，评价成果如图3~4所示。
上述成果可知，当风电容量逐渐添加时，风电所需备用容量也逐渐添加。因为两计划均为风电正调峰计划，跟着风电容量的添加，水电机组调峰需求下降，因而能够空出更多的容量供给旋备，火电机组开机容量也随风电容量添加而下降。所以，火电为风电供给的旋备容量并非随风电添加而单调添加。整体而言，旋备容量在上述各场景下均坚持足够。当风电添加至30000兆瓦，体系调峰缺乏呈现弃风984.745兆瓦，此刻体系备用依然足够，阐明该场景下调峰束缚的束缚比备用束缚的束缚强，备用容量不是束缚风电接入的要害要素。
调频束缚劣势电消纳才能评价。首要依据该省级电网风电的前史出力特性，模仿生成规划年风电时序出力，从而核算得到分钟级出力改变的标准差为123兆瓦，风电分钟级出力改变最大幅值为856兆瓦。一起，核算该省前史负荷小时级动摇，核算得到规划年小时级负荷改变起伏为-24530兆瓦～+24150兆瓦。负荷分钟级改变起伏一般为小时级改变起伏的1/15到1/40且正负改变概率大致持平，本文负荷分钟级改变为小时级改变起伏的1/15，则近似核算出负荷分钟级改变的区间为-1635兆瓦～+1610兆瓦。经过对风电出力与负荷分钟级改变的剖析，可得到风电接入后的体系调频需求，成果如表3所示。
关于风电反调峰特色显着，夜间动摇大的电网而言，体系调频需求首要在最大负荷日由负荷引起，在最小负荷日由风电出力动摇引起。设各类型机组1分钟可调出力占装机容量的份额：燃煤、燃油与燃气机组为1%;水电机组与抽蓄机组为30%;其他机组按0处理。核算得到体系在最大负荷日和最小负荷日能供给的调频才能约为4020兆瓦和2880兆瓦，均满意风电并网后对体系的调频需求。持续增劲风电装机容量，进步体系调频需求，直到体系调频才能无法满意，得到最小负荷日和最大负荷日对应风电消纳才能为25600兆瓦和37800兆瓦。
综上所述，对某省级电网风电消纳才能确定性评价的成果来看，调峰才能是束缚风电消纳的要害要素，若考虑极点苛刻调峰场景，风电可消纳容量为6000兆瓦。
概率性风电消纳才能评价
运用软件运转模仿生成该省规划年全年的风电时序出力，将风电时序出力与时序负荷一一对应，能够得到365个含风电的概率性场景，即为概率性评价场景库。对概率性评价场景库的各个场景别离进行考虑多种束缚的运转模仿，核算全年的弃风电量，即可表征风电的消纳水平。设置风电消纳才能概率性评价最大弃风电量份额为5%，逐渐添加风电装机容量，直至弃风到达设定的5%，此刻的风电装机容量为概率性风电消纳才能。评价成果如表4所示。
当风电添加至70000兆瓦，全年的弃风电量份额超越设定的5%为5.62%，添加至60000兆瓦，全年弃风份额为4.19%，线性核算风电弃风份额为5%的装机容量，则风电概率性消纳才能为65600兆瓦，此刻火电运用小时数约为2820.93小时，风电运用小时数约为1921.93小时，弃风电量约为67.02亿千瓦时。一起能够看出，尽管该省级电网调理才能足以消纳65600兆瓦的风电，但此刻火电运用小时数被揉捏仅为2821小时。若假定保证火电自负盈亏的最低运用小时数为3500小时，则该省级电网主张消纳的最劲风电容量为40000兆瓦。
结 语
本文提出了一种确定性和概率性相结合的办法，从多个视点对风电的消纳才能进行科学核算与评价。首要剖析了影响风电消纳才能评价的相关要素，接着依据此构建并挑选确定性场景库，挑选苛刻场景，从体系调峰、调频、备用束缚视点评价风电消纳才能。概率性评价办法首要依据全年365个含风电的概率性场景进行模仿剖析，保证全年最大弃风电量份额低于5%时得到风电最大装机容量即为风电消纳才能。
经过某省级电网的实践算例，剖析了束缚该省风电开展确实定性要素为调峰束缚，假如考虑极点调峰束缚确实定性场景下，风电的消纳才能仅为6000兆瓦。进一步进行概率性消纳才能评价，得到风电消纳才能为40000兆瓦。从不同视点，为风电规划建造供给主张，也验证了本文提出办法的科学性和实用性。下一步可考虑从潮流概率化的视点，研讨风电接入对体系潮流的影响。
本文刊载于《我国电力企业管理》2021年01期，作者王彤供职于南方电网科学研讨院有限责任公司，朱静慧供职于我国动力建造集团广东省电力规划研讨院有限公司
