基于调频层面的风电弃风分析︱本刊学术

电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学电气工程系)、中国电力科学研究院的研究人员田书欣、程浩忠、曾平良、柳璐、王侃、马洲俊，在2015年第7期《电工技术学报》上撰文指出，弃风已经成为制约风电产业发展的关键问题。弃风造成的原因主要有调峰调频能力和输电能力不足等。

从调频层面来看，当电网频率越上限时，可以依据电网调度部门指令控制风电场有功功率输出，甚至分步切除风电机组。为了分析调频层面分钟级的应急性弃风，利用有功功率盈余时风电场切机的调频灵敏度指标，选择最合适的风电切机策略，并基于频率越限过渡时间与负荷功率变化量的关系选取弃风的调频困难典型时段，再结合合适的风电切机策略，估算调频层面全年规划方案弃风电量。最后，基于DIgSILENT/PowerFactory分析软件，利用我国某区域2020年规划电网算例验证了所提方法的可行性和有效性。

中国正在规划建设9个千万千瓦级风电基地，但这些大型风电基地一般都远离负荷中心，处于电网末端，且考虑到风电的间歇性、随机性、波动性和不可控性，风电并网必然会给维持系统正常频率带来一定困难，进而影响电力系统的安全稳定运行。

基于此，我国风电并网技术标准对风电场有功功率要求为：

1）风电场应具有有功功率调节能力，配置有功功率控制系统，接收并自动执行调度部门远方发送的有功功率控制信号；

2）在风电场并网以及风速增长过程中，宜控制风电场每分钟有功功率变化率不超过2%～5%；在风速降低过程中或超出切机风速情况下，允许有功功率变化率超过该范围（在超出切机风速情况下，宜分步切除风电机组）；

3）当电网频率高于50.2Hz时，依据电网调度部门指令降低风电场有功功率[1]。

依据上述要求，在电网频率越上限时，切除风电机组，快速降低风电场有功功率，确保系统频率的稳定性，从而产生调频层面的弃风电量。

现有文献[2，3]从机组组合或机组运行状态分类角度分别提出了风电场有功功率控制策略，保证风电场有功功率控制的平稳性。文献[4，5]在分析风电弃风机理的基础上，从电网的角度研究了输电能力不足对系统弃风的影响。文献[6-8]基于电网调峰能力提出了分析电网弃风情况评估方法。文献[9，10]研究了风电接入对系统频率的影响，并提出相应的调频策略。但以上文献均未提及调频层面弃风电量的估算。

因此，所提的调频层面的弃风电量估算方法，分析了风电场弃风与系统一次调频运行之间的相互作用机理，实现了规划和运行这两方面问题的耦合，是对现有考虑风电接入下系统运行理论和规划理论的有效补充和完善。

首先给出了计算各节点风电机组有功功率调频灵敏度的数学模型；其次推导了频率越限过渡时间与负荷功率变化量的数学关系式，并设置调频事件场景，选取出现弃风的调频困难典型时段；然后，并利用蒙特卡洛法计算每种功率偏差事件在不同典型时段出现的概率，结合系统可调容量，估算调频层面的全年规划方案弃风电量。

最后，结合Dig SILENT/PowerFactory软件，构建含风电场的某区域2020年规划电网仿真算例，依据提出的风电机组切机策略，实现对含风电场的电力系统频率的有效控制，并给出调频弃风电量的计算结果。

结论

调频层面弃风考虑的是风电的分钟级波动，相比较调峰层面有更多的不确定性，波动性和预测误差更大。通过联合DIgSILENT/PowerFactory软件，仿真模拟基于切机灵敏度的弃风调频过程，给出频率越限过渡时间，进而提出调频层面全年弃风电量的估算方法，并以我国某区域2020年规划电网为算例，计算了全年调频层面弃风电量及其占全年弃风电量的比例。

算例结果表明全年调频层面弃风电量对全年总体弃风电量影响较大。虽然2020年该区域主网规划了多条大容量长距离的外送线路，其中包含了多条特高压交直流线路，从一定程度上很好的解决了2020年大规模风电的消纳问题，但是全年调频层面弃风电量评估方法和基于调频灵敏度切除风机策略仍然有助于合理配置系统的调频容量，从而将整体的风电消纳提高到一个较为合理的规模，可以为解决风电接入后电力系统规划和运行的耦合问题提供一定的借鉴和参考。

另外，所提的调频层面弃风电量估算方法对风电调频弃风问题只是做了些探索性的、初步的研究工作，尚有很多问题有待进一步深入研究。