一种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法
【专利摘要】本发明涉及需方响应参与大规模并网风电消纳研究领域，具体涉及一种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法。该方法在风电富裕地区，就近建立采矿、金属冶炼、石油加工、供暖等高载能企业，利用这些可调节、可中断的高载能负荷参与风电调峰，就地吸纳风电资源，避免风电大规模、远距离输送，从而降低电网损耗，节约高载能用户用电成本，增加风力发电厂出力消纳，减少弃风现象。该方法能客观、全面的反映大规模风电的出力特性和用户用电负荷特性，精确的计算出可调节、可中断高载能负荷大小，进而确定新增消纳风电的规模容量，解决当前大规模风电并网消纳及弃风难题。
【专利说明】—种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及需方响应参与大规模并网风电消纳研究领域，具体涉及一种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法。
【背景技术】
[0002]风电作为目前技术较为成熟、成本较低、可实现规模化开发的新能源发电技术，在调整能源结构、应对气候变化、缓解环境污染等方面将发挥不可替代的作用。我国风能资源丰富且分布集中，按照“建设大基地、融入大电网”的总体思路，我国规划在“三北”及东部沿海地区建酒泉、哈密等7个千万千瓦级风电基地。未来我国风电将大规模快速发展，正确认识风电出力特性，建立风电与其他能源和电网的协调发展关系，对实现我国风电的科学、健康、可持续发展十分有益。
[0003]风电与常规同步机发电相比，存在较大的差别:风是风力机组的原动力，它不可控并且是随机波动的，不能按计划发电，调度困难，而火电和水电可调度；相比与常规发电厂所用的发电机组，风电机组采用不同的、经常是基于变流器多种发电机技术，变速风电机组采用电力电子控制技术，大型风电场包含数百台机组，单机容量较小，单个风电机组的典型容量大大小于常规电厂的同步发电机容量；另外风电与常规同步机发电的暂态特性和运行特性也不同。风电出力具有随机性、波动性、反调峰等特性。因此，对并网风电进行消纳成为了当前一个重要问题。对并网风电进行消纳包括以下技术:
[0004]1.风电并网技术:
[0005]国外风电发达国家都制定了严格的并网导则且强制执行。并网导则明确规定了风电场应具备的有功/无功功率调节能力、低电压穿越能力等性能指标。德国针对大规模风电并网制定了一系列的技术标准和规范，其要求高于国际电工委员会(IEC)的标准，对各种并网技术指标做出了明确规定，并通过《可再生能源法》等法律法规保障执行。国际上趋于通过技术进步和制定强制性标准，使风电达到或接近常规电源性能。国外风电运行管理水平较高，一是广泛开展了风电功率预测工作，如德国、丹麦、西班牙等国都实现了风电输出功率的日前预测，为电网的安全稳定和电力市场运营创造了条件。西班牙规定风电出力预测误差超过20%时将被罚款，2006年，西班牙绝大多数风电场发电量都销售给了电网企业，只有不到5%的风电由于预测误差超过20%，发电企业不愿交罚金而采取了弃风措施。二是对风电场进行有效调控，如西班牙成立可再生能源电力控制中心(CECRE)，对风电场进行有效监控和有序调控，以提高风电机组接入后电网的安全稳定水平。
[0006]由于受资源条件的限制，我国电源结构以燃煤发电为主，电源结构性矛盾较为突出。直接2009年底，全国发电装机容量8.74亿千瓦，火电6.51亿千瓦，占到74.5%，水电
1.96亿千瓦。风电1759万千瓦，核电907万千瓦，同时火电机组中供热机组的比例较高。以吉林为例，省调直调的供热机组占直调总容量的65.5%左右。这些机组实行“以热定电”，基本不参与荷-源互动节电。另一方面，响应速度快的燃机，抽水蓄能等灵活荷-源互动节电电源说站比例在0.45以下，远不能满足风电大规模入网后的荷-源互动节电需要。与国外风电大国相比，我国荷-源互动节电电源比例偏低的电源结构性矛盾严重影响了系统接纳清洁能源的规模和能力，部分地区风电弃风严重。例如，由于吉林省负荷基数较小，系统荷-源互动节电能力不足，吉林电网不得不采用限制风电的措施。在2009年，因荷-源互动节电原因限制风电场发电30次，共控制风电发电1620万千万时。目前，我国还缺乏一种针对大规模发电并网荷-源互动节电的有效运行模式，缺乏一套配套的运行保障机制和管理办法。
[0007]2.荷-源互动节电技术:
[0008]由于电能不能储存，每当用电高峰时，总是用增加发电机组出力和多开机组台数或限制负荷的办法来满足需要。而在每天后夜用电很少的时候，又总是关停一些发电机组和压低那些继续在运行的机组的出力，直至最低限度，以适应用电很少的需要，从而保持发电、输电和用电的瞬间平衡，使供电的频率质量在合格范围内。这种随时调节发电出力以适应用电负荷每天周期性变化的行为，称为荷-源互动节电。
[0009]荷-源互动节电的手段主要有:(1)抽水蓄能电厂改发电机状态为电动机状态荷-源互动节电能力接近200% ; (2)水电机组减负荷荷-源互动节电或停机，荷-源互动节电依最小出力(考虑震动区)接近100% ; (3)燃油(气)机组减负荷荷-源互动节电。荷-源互动节电能力在50%以上；(4)燃汽轮机组启停荷-源互动节电；(5)燃煤机组减负荷、启停荷-源互动节电、少蒸汽运行、滑参数运行荷-源互动节电。荷-源互动节电能力分别为50%、100%、100%、40% ； (6)核电机组减负荷荷-源互动节电；(7)通过对用户侧负荷管理的方法，削峰填谷荷-源互动节电。
[0010]3.需求响应技术:
[0011]当前我国开展的需求侧管理工作主要有两项，一项是峰谷分时电价(有些省还包含丰枯季节电价)，一项是负荷控制。这两项工作均为负荷调节的范畴，其实施主体均为电力公司。电力公司实施需求侧管理课题的激励主要在于保障平安度过负荷高峰期，算是政治任务；经济上则并没有激励，甚至为负激励:站在电力公司的角度，峰谷、丰枯电价的实施，就是以一定幅度的让利引导实行峰谷、丰枯电价的用户避峰，这些用户的加权平均电价必然要低于其实施前的目录电价，故存在电价损失，而负荷控制的实施则存在电量损失。同时，对参与负荷控制的用户也没有经济补偿，基本上是行政手段，传统的拉闸限电手段在供需紧张的时候也仍然大量采用，但已越来越受到用户对其合法性的质疑和经济索赔的要求。需求侧管理课题的实施和推进面临实施主体缺位、激励和动力严重不足的尴尬。
[0012]电力需求侧响应，是随着电力工业市场化改革和电力市场建设，从电力需求侧管理中演变进化而来，旨在以市场手段和价格工具为主要载体，影响和调节需求的时间和水平，挖掘需求侧响应资源，提升需求侧响应弹性，约束供应侧市场力，压制批发市场价格波动，提高电力系统和电力市场的运行稳定性和运行效率；同时，将需求侧响应资源与供应侧资源在各类市场和综合资源规划中平等甚至优先对待，起到提升社会整体资源的利用效率和节能减排的重要作用。
【发明内容】
[0013]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法，该方法在风电富裕地区，就近建立采矿、金属冶炼、石油加工、供暖等高载能企业，利用这些可调节、可中断的高载能负荷参与风电调峰，就地吸纳风电资源，避免风电大规模、远距离输送，从而降低电网损耗，节约高载能用户用电成本，增加风力发电厂出力消纳，减少弃风现象。
[0014]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0015]本发明提供一种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法，其改进之处在于，所述方法用的系统包括常规发电机组、风电机组和负荷，所述常规发电机组、风电机组和负荷相互协调实现风电就地消纳，所述负荷包括常规负荷及可中断可调节高载能负荷；
[0016]所述方法包括下述步骤:
[0017](I)确定风力发电厂出力特性；
[0018](2)确定高载能负荷特性及可中断可调节容量；
[0019](3)确定新增风电消纳容量及经济性分析。
[0020]进一步地，所述步骤(1)中，风电场出力特性包括:
[0021]I)日出力特性:包括每天24小时的各时段机组出力大小；
[0022]2)月出力特性:包括当月中每天的机组平均出力大小；
[0023]3)年出力特性:包括当年中每个月机组平均出力大小；所述年出力特性按照规模大小对风电出力特性做出划分，包括:①单台风电机组的出力特性；②风电场的整体出力特性。
[0024]进一步地，所述单台风电机组的出力特性根据其装机容量大小决定；风电场的整体出力特性由风电场内风电机组出力变化率决定。
[0025]进一步地，所述步骤(2)中，高载能负荷特性通过分析用电负荷曲线得到，包括:
[0026]〈1>用电负荷具有周期性的特点，以日为单位的周期和以周为单位的周期性显著；
[0027]<2>用电负荷变化是连续的；
[0028]<3>电力用电负荷对季节和气象敏感；
[0029]<4>用电负荷在节假日期间表现的特殊性；
[0030]确定可中断可调节容量包括下述步骤:
[0031]1>根据负荷预测及备用容量确定电网开机方式；
[0032]2>确定全网发电开机最低出力PeN.min，比较全网常规电源实际出力匕丨^与全网发电开机最低出力pCN.min;
[0033]3>当全网常规电源实际出力小于全网发电开机最低出力即Pc.real <PCN.min时，说明常规发电机组的正常最小出力不能平衡负荷及风电功率的波动，加上风电的反调峰特性，采取深度调峰措施来加强电网的调峰能力，得到深度调峰措施下的可调峰容量Pbalanre=Pe.real-PGN.min+PT ;其中ΡΤ为风电的反调峰特性；
[0034]4>当全网常规电源实际出力大于全网发电开机最低出力即Pc.real >PCN.min时，说明电网留有平衡风电波动的裕度，即用常规的调峰措施保证风电正常出力，且电网不受风功率波动影响，常规调峰措施下可中断负荷的调节容量为Pbalanre=Pt^al-Paimint5
[0035]进一步地，所述步骤2>中，全网常规电源实际出力用下式表示:
【权利要求】
1.一种基于需方响应消纳大规模并网风电的方法，其特征在于，所述方法用的系统包括常规发电机组、风电机组和负荷，所述常规发电机组、风电机组和负荷相互协调实现风电就地消纳，所述负荷包括常规负荷及可中断可调节高载能负荷； 所述方法包括下述步骤: (1)确定风力发电厂出力特性； (2)确定高载能负荷特性及可中断可调节容量； (3)确定新增风电消纳容量及经济性分析。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，风电场出力特性包括: O日出力特性:包括每天24小时的各时段机组出力大小； 2)月出力特性:包括当月中每天的机组平均出力大小； 3)年出力特性:包括当年中每个月机组平均出力大小；所述年出力特性按照规模大小对风电出力特性做出划分，包括:①单台风电机组的出力特性；②风电场的整体出力特性。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述单台风电机组的出力特性根据其装机容量大小决定；风电场的整体出力特性由风电场内风电机组出力变化率决定。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，高载能负荷特性通过分析用电负荷曲线得到，包括: 〈1>用电负荷具有周期性的特点，以日为单位的周期和以周为单位的周期性显著； <2>用电负荷变化是连续的； <3>电力用电负荷对季节和气象敏感； <4>用电负荷在节假日期间表现的特殊性； 确定可中断可调节容量包括下述步骤: 1>根据负荷预测及备用容量确定电网开机方式； 2>确定全网发电开机最低出力PeN.min，比较全网常规电源实际出力Pe.Mal与全网发电开机最低出力PCN.min; 3>当全网常规电源实际出力小于全网发电开机最低出力即Pe.Mal < PGN.fflin时，说明常规发电机组的正常最小出力不能平衡负荷及风电功率的波动，加上风电的反调峰特性，采取深度调峰措施来加强电网的调峰能力，得到深度调峰措施下的可调峰容量Pbalanre=Pe.real-PGN.min+PT ;其中ΡΤ为风电的反调峰特性； 4>当全网常规电源实际出力大于全网发电开机最低出力即Pe.Mal >PeN.min时，说明电网留有平衡风电波动的裕度，即用常规的调峰措施保证风电正常出力，且电网不受风功率波动影响，常规调峰措施下可中断负荷的调节容量为Pb-=Pe.Mal-peN.min。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤2>中，全网常规电源实际出力用下式表不:
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据步骤(2)中的可中断负荷容量确定高载能用户调峰容量；根据统计所得的一天功率曲线确定调峰电量；由式Qn=qnXSX10_6确定出调峰能量，单位GJ/h，即新增风电消纳容量；最后根据提供调峰能量的载体计算其节约的能源消耗并折算为经济价值；或根据节约的能源消耗计算出其节能减排量；其中:Qn为用户热量需求，Qn为建筑单位热需求，S为建筑面积，GJ/h表示IO9焦耳/小时。`
【文档编号】H02J3/46GK103580063SQ201310562573
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月13日 优先权日:2013年11月13日
【发明者】何桂雄, 陈晓双, 闫华光, 蒋利民, 钟鸣, 孟珺遐, 屈博 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院