一種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及需方響應(yīng)參與大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電消納研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法。該方法在風(fēng)電富裕地區(qū)，就近建立采礦、金屬冶煉、石油加工、供暖等高載能企業(yè)，利用這些可調(diào)節(jié)、可中斷的高載能負(fù)荷參與風(fēng)電調(diào)峰，就地吸納風(fēng)電資源，避免風(fēng)電大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送，從而降低電網(wǎng)損耗，節(jié)約高載能用戶用電成本，增加風(fēng)力發(fā)電廠出力消納，減少棄風(fēng)現(xiàn)象。該方法能客觀、全面的反映大規(guī)模風(fēng)電的出力特性和用戶用電負(fù)荷特性，精確的計(jì)算出可調(diào)節(jié)、可中斷高載能負(fù)荷大小，進(jìn)而確定新增消納風(fēng)電的規(guī)模容量，解決當(dāng)前大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)消納及棄風(fēng)難題。
【專利說(shuō)明】—種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及需方響應(yīng)參與大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電消納研究領(lǐng)域，具體涉及一種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電作為目前技術(shù)較為成熟、成本較低、可實(shí)現(xiàn)規(guī)模化開(kāi)發(fā)的新能源發(fā)電技術(shù)，在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對(duì)氣候變化、緩解環(huán)境污染等方面將發(fā)揮不可替代的作用。我國(guó)風(fēng)能資源豐富且分布集中，按照“建設(shè)大基地、融入大電網(wǎng)”的總體思路，我國(guó)規(guī)劃在“三北”及東部沿海地區(qū)建酒泉、哈密等7個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地。未來(lái)我國(guó)風(fēng)電將大規(guī)?？焖侔l(fā)展，正確認(rèn)識(shí)風(fēng)電出力特性，建立風(fēng)電與其他能源和電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)風(fēng)電的科學(xué)、健康、可持續(xù)發(fā)展十分有益。
[0003]風(fēng)電與常規(guī)同步機(jī)發(fā)電相比，存在較大的差別:風(fēng)是風(fēng)力機(jī)組的原動(dòng)力，它不可控并且是隨機(jī)波動(dòng)的，不能按計(jì)劃發(fā)電，調(diào)度困難，而火電和水電可調(diào)度；相比與常規(guī)發(fā)電廠所用的發(fā)電機(jī)組，風(fēng)電機(jī)組采用不同的、經(jīng)常是基于變流器多種發(fā)電機(jī)技術(shù)，變速風(fēng)電機(jī)組采用電力電子控制技術(shù)，大型風(fēng)電場(chǎng)包含數(shù)百臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量較小，單個(gè)風(fēng)電機(jī)組的典型容量大大小于常規(guī)電廠的同步發(fā)電機(jī)容量；另外風(fēng)電與常規(guī)同步機(jī)發(fā)電的暫態(tài)特性和運(yùn)行特性也不同。風(fēng)電出力具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、反調(diào)峰等特性。因此，對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電進(jìn)行消納成為了當(dāng)前一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電進(jìn)行消納包括以下技術(shù):
[0004]1.風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù):
[0005]國(guó)外風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家都制定了嚴(yán)格的并網(wǎng)導(dǎo)則且強(qiáng)制執(zhí)行。并網(wǎng)導(dǎo)則明確規(guī)定了風(fēng)電場(chǎng)應(yīng)具備的有功/無(wú)功功率調(diào)節(jié)能力、低電壓穿越能力等性能指標(biāo)。德國(guó)針對(duì)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)制定了一系列的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，其要求高于國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各種并網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)做出了明確規(guī)定，并通過(guò)《可再生能源法》等法律法規(guī)保障執(zhí)行。國(guó)際上趨于通過(guò)技術(shù)進(jìn)步和制定強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，使風(fēng)電達(dá)到或接近常規(guī)電源性能。國(guó)外風(fēng)電運(yùn)行管理水平較高，一是廣泛開(kāi)展了風(fēng)電功率預(yù)測(cè)工作，如德國(guó)、丹麥、西班牙等國(guó)都實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電輸出功率的日前預(yù)測(cè)，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和電力市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)創(chuàng)造了條件。西班牙規(guī)定風(fēng)電出力預(yù)測(cè)誤差超過(guò)20%時(shí)將被罰款，2006年，西班牙絕大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量都銷售給了電網(wǎng)企業(yè)，只有不到5%的風(fēng)電由于預(yù)測(cè)誤差超過(guò)20%，發(fā)電企業(yè)不愿交罰金而采取了棄風(fēng)措施。二是對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行有效調(diào)控，如西班牙成立可再生能源電力控制中心(CECRE)，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行有效監(jiān)控和有序調(diào)控，以提高風(fēng)電機(jī)組接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定水平。
[0006]由于受資源條件的限制，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以燃煤發(fā)電為主，電源結(jié)構(gòu)性矛盾較為突出。直接2009年底，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量8.74億千瓦，火電6.51億千瓦，占到74.5%，水電
1.96億千瓦。風(fēng)電1759萬(wàn)千瓦，核電907萬(wàn)千瓦，同時(shí)火電機(jī)組中供熱機(jī)組的比例較高。以吉林為例，省調(diào)直調(diào)的供熱機(jī)組占直調(diào)總?cè)萘康?5.5%左右。這些機(jī)組實(shí)行“以熱定電”，基本不參與荷-源互動(dòng)節(jié)電。另一方面，響應(yīng)速度快的燃機(jī)，抽水蓄能等靈活荷-源互動(dòng)節(jié)電電源說(shuō)站比例在0.45以下，遠(yuǎn)不能滿足風(fēng)電大規(guī)模入網(wǎng)后的荷-源互動(dòng)節(jié)電需要。與國(guó)外風(fēng)電大國(guó)相比，我國(guó)荷-源互動(dòng)節(jié)電電源比例偏低的電源結(jié)構(gòu)性矛盾嚴(yán)重影響了系統(tǒng)接納清潔能源的規(guī)模和能力，部分地區(qū)風(fēng)電棄風(fēng)嚴(yán)重。例如，由于吉林省負(fù)荷基數(shù)較小，系統(tǒng)荷-源互動(dòng)節(jié)電能力不足，吉林電網(wǎng)不得不采用限制風(fēng)電的措施。在2009年，因荷-源互動(dòng)節(jié)電原因限制風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電30次，共控制風(fēng)電發(fā)電1620萬(wàn)千萬(wàn)時(shí)。目前，我國(guó)還缺乏一種針對(duì)大規(guī)模發(fā)電并網(wǎng)荷-源互動(dòng)節(jié)電的有效運(yùn)行模式，缺乏一套配套的運(yùn)行保障機(jī)制和管理辦法。
[0007]2.荷-源互動(dòng)節(jié)電技術(shù):
[0008]由于電能不能儲(chǔ)存，每當(dāng)用電高峰時(shí)，總是用增加發(fā)電機(jī)組出力和多開(kāi)機(jī)組臺(tái)數(shù)或限制負(fù)荷的辦法來(lái)滿足需要。而在每天后夜用電很少的時(shí)候，又總是關(guān)停一些發(fā)電機(jī)組和壓低那些繼續(xù)在運(yùn)行的機(jī)組的出力，直至最低限度，以適應(yīng)用電很少的需要，從而保持發(fā)電、輸電和用電的瞬間平衡，使供電的頻率質(zhì)量在合格范圍內(nèi)。這種隨時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電出力以適應(yīng)用電負(fù)荷每天周期性變化的行為，稱為荷-源互動(dòng)節(jié)電。
[0009]荷-源互動(dòng)節(jié)電的手段主要有:(1)抽水蓄能電廠改發(fā)電機(jī)狀態(tài)為電動(dòng)機(jī)狀態(tài)荷-源互動(dòng)節(jié)電能力接近200% ; (2)水電機(jī)組減負(fù)荷荷-源互動(dòng)節(jié)電或停機(jī)，荷-源互動(dòng)節(jié)電依最小出力(考慮震動(dòng)區(qū))接近100% ; (3)燃油(氣)機(jī)組減負(fù)荷荷-源互動(dòng)節(jié)電。荷-源互動(dòng)節(jié)電能力在50%以上；(4)燃汽輪機(jī)組啟停荷-源互動(dòng)節(jié)電；(5)燃煤機(jī)組減負(fù)荷、啟停荷-源互動(dòng)節(jié)電、少蒸汽運(yùn)行、滑參數(shù)運(yùn)行荷-源互動(dòng)節(jié)電。荷-源互動(dòng)節(jié)電能力分別為50%、100%、100%、40% ； (6)核電機(jī)組減負(fù)荷荷-源互動(dòng)節(jié)電；(7)通過(guò)對(duì)用戶側(cè)負(fù)荷管理的方法，削峰填谷荷-源互動(dòng)節(jié)電。
[0010]3.需求響應(yīng)技術(shù):
[0011]當(dāng)前我國(guó)開(kāi)展的需求側(cè)管理工作主要有兩項(xiàng)，一項(xiàng)是峰谷分時(shí)電價(jià)(有些省還包含豐枯季節(jié)電價(jià))，一項(xiàng)是負(fù)荷控制。這兩項(xiàng)工作均為負(fù)荷調(diào)節(jié)的范疇，其實(shí)施主體均為電力公司。電力公司實(shí)施需求側(cè)管理課題的激勵(lì)主要在于保障平安度過(guò)負(fù)荷高峰期，算是政治任務(wù)；經(jīng)濟(jì)上則并沒(méi)有激勵(lì)，甚至為負(fù)激勵(lì):站在電力公司的角度，峰谷、豐枯電價(jià)的實(shí)施，就是以一定幅度的讓利引導(dǎo)實(shí)行峰谷、豐枯電價(jià)的用戶避峰，這些用戶的加權(quán)平均電價(jià)必然要低于其實(shí)施前的目錄電價(jià)，故存在電價(jià)損失，而負(fù)荷控制的實(shí)施則存在電量損失。同時(shí)，對(duì)參與負(fù)荷控制的用戶也沒(méi)有經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，基本上是行政手段，傳統(tǒng)的拉閘限電手段在供需緊張的時(shí)候也仍然大量采用，但已越來(lái)越受到用戶對(duì)其合法性的質(zhì)疑和經(jīng)濟(jì)索賠的要求。需求側(cè)管理課題的實(shí)施和推進(jìn)面臨實(shí)施主體缺位、激勵(lì)和動(dòng)力嚴(yán)重不足的尷尬。
[0012]電力需求側(cè)響應(yīng)，是隨著電力工業(yè)市場(chǎng)化改革和電力市場(chǎng)建設(shè)，從電力需求側(cè)管理中演變進(jìn)化而來(lái)，旨在以市場(chǎng)手段和價(jià)格工具為主要載體，影響和調(diào)節(jié)需求的時(shí)間和水平，挖掘需求側(cè)響應(yīng)資源，提升需求側(cè)響應(yīng)彈性，約束供應(yīng)側(cè)市場(chǎng)力，壓制批發(fā)市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，提高電力系統(tǒng)和電力市場(chǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行效率；同時(shí)，將需求側(cè)響應(yīng)資源與供應(yīng)側(cè)資源在各類市場(chǎng)和綜合資源規(guī)劃中平等甚至優(yōu)先對(duì)待，起到提升社會(huì)整體資源的利用效率和節(jié)能減排的重要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法，該方法在風(fēng)電富裕地區(qū)，就近建立采礦、金屬冶煉、石油加工、供暖等高載能企業(yè)，利用這些可調(diào)節(jié)、可中斷的高載能負(fù)荷參與風(fēng)電調(diào)峰，就地吸納風(fēng)電資源，避免風(fēng)電大規(guī)模、遠(yuǎn)距離輸送，從而降低電網(wǎng)損耗，節(jié)約高載能用戶用電成本，增加風(fēng)力發(fā)電廠出力消納，減少棄風(fēng)現(xiàn)象。
[0014]本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0015]本發(fā)明提供一種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法用的系統(tǒng)包括常規(guī)發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和負(fù)荷，所述常規(guī)發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和負(fù)荷相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電就地消納，所述負(fù)荷包括常規(guī)負(fù)荷及可中斷可調(diào)節(jié)高載能負(fù)荷；
[0016]所述方法包括下述步驟:
[0017](I)確定風(fēng)力發(fā)電廠出力特性；
[0018](2)確定高載能負(fù)荷特性及可中斷可調(diào)節(jié)容量；
[0019](3)確定新增風(fēng)電消納容量及經(jīng)濟(jì)性分析。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，風(fēng)電場(chǎng)出力特性包括:
[0021]I)日出力特性:包括每天24小時(shí)的各時(shí)段機(jī)組出力大小；
[0022]2)月出力特性:包括當(dāng)月中每天的機(jī)組平均出力大??；
[0023]3)年出力特性:包括當(dāng)年中每個(gè)月機(jī)組平均出力大小；所述年出力特性按照規(guī)模大小對(duì)風(fēng)電出力特性做出劃分，包括:①單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的出力特性；②風(fēng)電場(chǎng)的整體出力特性。
[0024]進(jìn)一步地，所述單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的出力特性根據(jù)其裝機(jī)容量大小決定；風(fēng)電場(chǎng)的整體出力特性由風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組出力變化率決定。
[0025]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，高載能負(fù)荷特性通過(guò)分析用電負(fù)荷曲線得到，包括:
[0026]〈1>用電負(fù)荷具有周期性的特點(diǎn)，以日為單位的周期和以周為單位的周期性顯著；
[0027]<2>用電負(fù)荷變化是連續(xù)的；
[0028]<3>電力用電負(fù)荷對(duì)季節(jié)和氣象敏感；
[0029]<4>用電負(fù)荷在節(jié)假日期間表現(xiàn)的特殊性；
[0030]確定可中斷可調(diào)節(jié)容量包括下述步驟:
[0031]1>根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)及備用容量確定電網(wǎng)開(kāi)機(jī)方式；
[0032]2>確定全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力PeN.min，比較全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力匕丨^與全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力pCN.min;
[0033]3>當(dāng)全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力小于全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力即Pc.real <PCN.min時(shí)，說(shuō)明常規(guī)發(fā)電機(jī)組的正常最小出力不能平衡負(fù)荷及風(fēng)電功率的波動(dòng)，加上風(fēng)電的反調(diào)峰特性，采取深度調(diào)峰措施來(lái)加強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)峰能力，得到深度調(diào)峰措施下的可調(diào)峰容量Pbalanre=Pe.real-PGN.min+PT ;其中ΡΤ為風(fēng)電的反調(diào)峰特性；
[0034]4>當(dāng)全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力大于全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力即Pc.real >PCN.min時(shí)，說(shuō)明電網(wǎng)留有平衡風(fēng)電波動(dòng)的裕度，即用常規(guī)的調(diào)峰措施保證風(fēng)電正常出力，且電網(wǎng)不受風(fēng)功率波動(dòng)影響，常規(guī)調(diào)峰措施下可中斷負(fù)荷的調(diào)節(jié)容量為Pbalanre=Pt^al-Paimint5
[0035]進(jìn)一步地，所述步驟2>中，全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力用下式表示:
【權(quán)利要求】
1.一種基于需方響應(yīng)消納大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電的方法，其特征在于，所述方法用的系統(tǒng)包括常規(guī)發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和負(fù)荷，所述常規(guī)發(fā)電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組和負(fù)荷相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電就地消納，所述負(fù)荷包括常規(guī)負(fù)荷及可中斷可調(diào)節(jié)高載能負(fù)荷； 所述方法包括下述步驟: (1)確定風(fēng)力發(fā)電廠出力特性； (2)確定高載能負(fù)荷特性及可中斷可調(diào)節(jié)容量； (3)確定新增風(fēng)電消納容量及經(jīng)濟(jì)性分析。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，風(fēng)電場(chǎng)出力特性包括: O日出力特性:包括每天24小時(shí)的各時(shí)段機(jī)組出力大??； 2)月出力特性:包括當(dāng)月中每天的機(jī)組平均出力大?。? 3)年出力特性:包括當(dāng)年中每個(gè)月機(jī)組平均出力大??；所述年出力特性按照規(guī)模大小對(duì)風(fēng)電出力特性做出劃分，包括:①單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的出力特性；②風(fēng)電場(chǎng)的整體出力特性。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的出力特性根據(jù)其裝機(jī)容量大小決定；風(fēng)電場(chǎng)的整體出力特性由風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組出力變化率決定。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，高載能負(fù)荷特性通過(guò)分析用電負(fù)荷曲線得到，包括: 〈1>用電負(fù)荷具有周期性的特點(diǎn)，以日為單位的周期和以周為單位的周期性顯著； <2>用電負(fù)荷變化是連續(xù)的； <3>電力用電負(fù)荷對(duì)季節(jié)和氣象敏感； <4>用電負(fù)荷在節(jié)假日期間表現(xiàn)的特殊性； 確定可中斷可調(diào)節(jié)容量包括下述步驟: 1>根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)及備用容量確定電網(wǎng)開(kāi)機(jī)方式； 2>確定全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力PeN.min，比較全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力Pe.Mal與全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力PCN.min; 3>當(dāng)全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力小于全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力即Pe.Mal < PGN.fflin時(shí)，說(shuō)明常規(guī)發(fā)電機(jī)組的正常最小出力不能平衡負(fù)荷及風(fēng)電功率的波動(dòng)，加上風(fēng)電的反調(diào)峰特性，采取深度調(diào)峰措施來(lái)加強(qiáng)電網(wǎng)的調(diào)峰能力，得到深度調(diào)峰措施下的可調(diào)峰容量Pbalanre=Pe.real-PGN.min+PT ;其中ΡΤ為風(fēng)電的反調(diào)峰特性； 4>當(dāng)全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力大于全網(wǎng)發(fā)電開(kāi)機(jī)最低出力即Pe.Mal >PeN.min時(shí)，說(shuō)明電網(wǎng)留有平衡風(fēng)電波動(dòng)的裕度，即用常規(guī)的調(diào)峰措施保證風(fēng)電正常出力，且電網(wǎng)不受風(fēng)功率波動(dòng)影響，常規(guī)調(diào)峰措施下可中斷負(fù)荷的調(diào)節(jié)容量為Pb-=Pe.Mal-peN.min。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟2>中，全網(wǎng)常規(guī)電源實(shí)際出力用下式表不:
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，根據(jù)步驟(2)中的可中斷負(fù)荷容量確定高載能用戶調(diào)峰容量；根據(jù)統(tǒng)計(jì)所得的一天功率曲線確定調(diào)峰電量；由式Qn=qnXSX10_6確定出調(diào)峰能量，單位GJ/h，即新增風(fēng)電消納容量；最后根據(jù)提供調(diào)峰能量的載體計(jì)算其節(jié)約的能源消耗并折算為經(jīng)濟(jì)價(jià)值；或根據(jù)節(jié)約的能源消耗計(jì)算出其節(jié)能減排量；其中:Qn為用戶熱量需求，Qn為建筑單位熱需求，S為建筑面積，GJ/h表示IO9焦耳/小時(shí)。`
【文檔編號(hào)】H02J3/46GK103580063SQ201310562573
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】何桂雄, 陳曉雙, 閆華光, 蔣利民, 鐘鳴, 孟珺遐, 屈博 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 中國(guó)電力科學(xué)研究院