大規模風電接入的電網協調規劃設計

房賢輝

（廣東電網有限責任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

大規模風電接入已經成為我國電網發展的重要趨勢，利用風力發電代替傳統煤炭發電能夠有效減少資源浪費，提升發電的清潔性和經濟性。但受風力發電機組發電潮流、功率特征等影響，大規模風電接入后電網結構須進行調整。一般電網規劃方案應根據風能供應情況、傳輸能力等方面對通道容量、大規模接入、消納路徑等進行設計，以保障大規模風電接入后電網能夠處于協調、穩定狀態。

1 大規模風電接入面臨的挑戰

20世紀末我國主要以煤炭發電為主，缺乏科學規劃，模式粗放、效益低下。進入21世紀以來，我國電網開始對傳統能源結構進行調整，形成了以風能、熱能、核能等多種能源發電模式，這種大規模風電接入給電網規劃帶來了巨大挑戰。

如風能出力特性與常規機組存在較大的差異，具有一定的間接性，應用時往往存在不同程度的間斷，導致電網不同程度波動。傳統電網中大規模接入風電后，很容易對電網產生沖擊，嚴重時會引發電網事故，如表1所示。

2 基于大規模風電接入的電網規劃方案

2.1 總體思路

基于大規模風電接入的電網規劃應從潮流計算、電源規劃、特性規劃等情況出發，形成針對性規劃方案，其總體思路如圖1所示。

潮流計算。在大規模風電接入電網時應依照電網架構、功率裝置等分析風力發電下的有功功率和無功功率的潮流變化，優化電網并網方式。一般潮流計算的過程中應根據電網母線情況計算PQ節點、PV節點等。但在大規模風電接入后要結合風電機組的特性，有效計算風力發電過程中的電壓迭代，建立PQ模型和PZ模型。

表1 大規模風電輸入對傳統電網的影響

圖1 大規模風電接入的電網規劃思路

電源規劃。規劃時應從電網狀態、區域用電等數據出發，預測未來用電量需求，確定用電負荷特性（包括峰值、結構、分布等），全面把握區域用電情況。同時要對大規模接入風電接入后的出力狀況進行全面把握，分析好風電處理特性及反調峰特性，在上述基礎上合理規劃調峰調頻機組建設，以滿足大規模風電接入后的穩定性需求。

方案評估?；诖笠幠ｏL電接入的電網協調規劃時主要依照綜合評價結果（包括電網不確定性、可靠性和能源可再生性等規劃效果）分析規劃方案的實用性和有效性，選擇最優系統。

2.2 規劃要點

2.2.1 依照風電容量，合理設置機組

風電規劃過程中首先要注重風電場的選址。由于風能大多分布于較為偏遠或條件惡劣區域，供能系統往往與負荷系統距離較遠，需大面積遠程輸送，這就要充分做好風電機組選址的規劃，使其風機行列距、輸電半徑等在標準范圍內，達到輸電效益的最大化。

其次，要注重風電場容量的計算，根據容量做好電源接入設計。尤其是大規模風電接入過程中應根據能源的處理場景、通用模型等合理選擇接入方式、補償裝置及并網方式等。在接入過程中電源如距離負荷區域較遠，則可以選擇多點接入，以提升電網的安全性和穩定性，反之則單點接入即可；在補償裝置設置時可根據電壓變化情況合理設置電抗器，做好無功補償，最大限度減少電能損耗；在并網設計時一般采用雙回線路，且將系統調速頻率調整為50 Hz，以保證電網運行的穩定性。除此之外，還要分析電量裕度及冗余、遠程輸電效益、輸電穩定性等，在上述基礎上合理調整輸電容量值，保證調峰容量與備用容量符合區域電網長遠發展。

最后，要做好冗余設計，根據變電和輸電情況形成合理的冗余，如電量冗余、線路冗余、裝置冗余等，保證大規模風電接入的科學性和高效性。隨著風力發電研發技術的不斷升級，多能源大規模輸入已經成為電網發展的必然方向，在其規劃設計中必須為風力發電預留充足的“空間”。

2.2.2 設置配套裝置，做好調峰調頻

風電的隨機波動性、間歇性、可控性差、可預測性弱等特點，不能像常規機組一樣控制機組的輸出功率。因此，在大規模風電接入后應做好調峰調頻機組建設，通過調峰電源和大規模風電接入疊加，保證電網出力穩定，從而避免電壓失衡問題。

可以根據電網規劃模型、網絡損耗情況等合理進行大規模風電接入下的情景分析，全面把握能源間歇性出力造成的負荷波動、電網損耗等，開展相應動態調整。如根據能源網格開展層次分析（AHP），確定多能源下的網格時序，開展面向目標網架的動態優化設計。

可以將光伏發電和風電構成互補系統，以火電作為基荷，熱電作為腰荷，抽水蓄能水電作為短時峰荷，通過調峰實現有功功率平穩處理，提升大規模風電接入的穩定性。

必要時還可以在風帶變化基礎上采用可中斷負荷參與到系統調峰中，從而全面大規模風電接入后電網的負荷響應精確性和有效性等。

2.3 方案評估

基于大規模風電接入的電網協調規劃設計時必須把握好近期發展和長遠發展相結合理念，從以上兩方面形成主動適應性規劃，這樣才能夠有效提升電網的適用性和可持續發展效果。

不確定性評估。應用多場景概率的方法充分分析不同因素下的風電場情況，確定其出力狀況及負荷變化狀況，在該基礎上全面把握風電出力的重要程度和風電接入經濟效益，評價方案的可行性。

可靠性評估。大規模風電接入電網規劃方案評估中應將線路過負荷、N-1事故下線路過負荷等指標引入到規劃模型中，確定方案的可行性和有效性，實施相應調整和優化。

可再生性評估。大規模風電接入后出力情況會出現明顯差異，此時要按照風電利用指標、新能源發展方向、節能減排政策等評價規劃方案的前瞻性，分析其是否符合長遠發展需求。

3 結束語

大規模風電接入給電網發展帶來了新的機遇，同時也提出了新的挑戰。在我國電網規劃過程中應做好風力發電的協調，根據區域用電長遠需求，形成全面、科學、安全、可靠的規劃方案。要按照預測負荷、能源結構等對電網容量和接入方式進行設置，設計合理系統調峰方案和能源消納方案，從根本上優化電網電能結構，實現電網運行安全效益和經濟效益的最大化。