蒙西电网风电运行调度模式建设经验分析

2013年第31卷第5期内蒙古电力技术INNERMONGOLIAELECTRICPOWERDOI103969ISSN10086218201305010蒙西电网风电运行调度模式建设经验分析郭琦，景志滨，杭晨辉，高政南内蒙古电力调度通信中心，内蒙古呼和浩特010020摘要近年来，蒙西电网风电迅猛发展，装机总容量及发电量均位列全国省级电网首位。虽然现阶段存在电源构成及分布不合理、网架结构不完整、管理制度不完善等不利条件，蒙西电网通过改进调度管理模式，采用PDCA、SDCA等先进管理方法，建立适应当前电网实际的新型风电调度模式，在风电消纳方面取得了一定的成绩。探讨了新型风电调度模式与常规调度模式的异同，通过对风电调度模式发展阶段的分析，得出结论认为不存在普遍适用于所有电网情况的标准风电调度模式，需根据具体电网装机构成情况及风电容量占比对风电调度模式进行持续修正和改进。关键词风电调度模式；PDCA；SDCA；风电消纳文献标志码B中图分类号TM614；TM734文章编号10086218201305000105ANALYSISOFEXPERIENCEONCONSTRUCTINGOFWINDPOWERDISPATCHINGMODEINWESTINNERMONGOLIAPOWERGRIDGUOQI，JINGZHIBIN，HANGCHENHUI，GAOZHENGNANINNERMONGOLIAPOWERDISPATCHINGANDCOMMUNICATIONCENTER，INNERMONGOLIAHOHHOT010020ABSTRACTINRECENTYEARS，WINDPOWERHAVEMADERAPIDDEVELOPMENTININNERMONGOLIAPOWERGRID，GENERATINGCAPACITYANDPOWEROUTPUTRANKEDFIRSTAMONGALLPROVINCIALPOWERGRIDS，WHICHLARGELYDUETOTHEUSEOFPDCA，SDCAANDOTHERADVANCEDMANAGEMENTMETHODS，ANDTHEESTABLISHMENTOFANEWWINDPOWERDISPATCHINGMODEADAPTINGTOTHECURRENTREALITYOFINNERMONGOLIAPOWERGRID，THEARTICLEDISCUSSESINDETAILTHESIMILARITIESANDDIFFERENCESBETWEENTHENEWANDTHETRADITIONALDISPATCHINGMODE，ANDANALYZESTHEREASONSFORINCREASEINACCEPTANCEOFWINDPOWERBYREVIEWINGTHEDEVELOPMENTSTAGEOFDISPATCHINGMODE，THEARTICLEPROPOSEDNOUNIFIEDDISPATCHINGMODEISSUITABLEFORALLGRIDSITUATIONSDISPATCHINGMODENEEDTOBEMADECONTINUOUSREFINEMENTANDIMPROVEMENTTOMATCHTHEACTUALSITUATIONSOFTHEGRIDKEYWORDSWINDPOWERDISPATCHING1蒙西电网风电发展概况及运行现状MODE；PDCA；SDCA；WINDPOWERAECOMMODATION为应对日益严峻的能源危机和环境污染问题，可再生能源发电受到越来越多的关注。风力发电作为可再生能源利用最为成熟的一种形式，近年来在我国得到了长足的发展。2012年年底，全国风电装机容量达75324MW。内蒙古自治区作为风力资源最为丰富的地区之一，风电也得到迅猛发展。蒙西电网20052013年历年风电装机容量如1所示。从图1可以看出，蒙西电网风电装机规自2007年开始快速增长。2011年，由于“弃风”等原因，风电投产速度明显放缓，由快速扩张期过渡收稿日期】20130828【作者简介郭琦1981一，男，内蒙古人，硕士，高级工程师，从事电网调度管理工作。【基金项目内蒙古电力集团有限责任公司2013年第一批科技项目510101130004图模2内蒙古电力技术2013年第31卷第5期高墼200520062007200820092010201L20122013年份图1蒙西电网20052013年历年风电装机容量到稳定发展期。截至2013年6月底，蒙西电网风电装机容量突破10000MW，占全网总装机容量22，投产风电场104座，风电装机容量及发电量均位列全国省级电网之首。2012年，蒙西电网全年风电发电量17840GWH，占全网发电量1028，同比增长348；2013年上半年风电发电量10630GWH，同比增加22。风电最大实时负荷7100MW，占全网发电负荷31以上；日最大上网电量超过120GWH，占当日上网电量33。这些数据表明蒙西电网风电接纳能力在逐年提高。蒙西电网20112013年风电各月发电量对比情况如图2所示。L2345678910L1L2月份图2蒙西电网201120L3年风电月发电量对比2现阶段风电运行存在的问题蒙西电网在大规模风电运行中积累了一定运行经验，但仍然存在很多问题，制约和限制风电发展的因素主要体现在以下几方面。21电源构成及分布不合理211自备电厂运行模式不合理蒙西电网自备电厂装机容量达61972MW，占全网装机容量146。自备机组自发自用，不参与日常调峰，严重影响电网调峰能力。212全网供热机组容量匕例大供热机组装机容量17800MW，冬季供热期，供热机组占总开机容量70左右，由于供热负荷需求，导致电网调峰能力下降约3500MW。213电网东、西部火电分布不合理蒙西电网为狭长形结构，传输受制于各个通道的断面限制。火电分布不合理导致电网方式安排不灵活，风电输送受到限制。214快速调峰电源容量严重不足全网仅有直调水电站1座，容量540MW，电网快速调峰电源容量严重不足，在风电大幅波动时电网调整困难。22电网网架结构不完整电网内部存在电压稳定、暂态稳定、热稳定等多种极限限制，风电发电受限。电网东送通道最大外送能力3950MW，风电外送受限；当省内、外500KV设备停电检修时，蒙西电网东送电力各断面极限均有不同程度下降，风电接纳受限更为严重。23电网管理制度尚不完善，风电场管理水平较低风电场投产过快，配套技术人才培养未能及时跟上，现场运行人员技术水平普遍较低，特别是部分风电场运行人员调度纪律意识淡漠，违反调度纪律事件时有发生，对电网安全稳定运行威胁较大。3目前蒙西电网风电调度管理运行措施作为风电装机规模最大的省级电网，虽然存在上述不利条件，蒙西电网通过加强新能源运行管理，研究改进调度管理模式，在风电接纳方面仍取得了较好成绩。目前主要采用以下措施。31正确认识新能源的战略地位，理顺风、火调度关系加快清洁能源发展是国家的能源战略决策，必须站在科学发展的高度上加深对消纳清洁能源重要性的认识，依据国家相关法规、政策，理顺网内风、火调度关系，切实保证风电优先发电地位，采取多种措施促进风、火协调优化运行。32确立以风电运行数据统计为基础的风电“三公调度”原则内蒙古电力公司在对全网各风电场的上网电量、利用小时数及弃风量进行准确详细的数据统计基础上，逐步确立以“同区域、同类型机组发电利用小时数大体相当”为核心的风电“三公调度”原则。33推进技术创新，实现覆盖全网的风电功率集中控制系统开发建设风电功率集中控制系统，实现对网内姗咖姗咖O22112013年第31卷第5期郭琦，等蒙两电网风电运行调度模式建设经验分卡斤风电场的全覆盖。系统在保证风电场设备安全的基础上，采用多种控制策略，实现风电灵活、快速调整，既增加风电接纳，又满足了电网的调整需要，某种程度上推动风电由“新能源”向“准传统能源”的局部质变，提高了风电的调度管理水平。34引领制度变革，改进传统风电调度模式在正确认识新能源优先发电调度的基础上，蒙西电网建立了适应当前电网装机规模和风电占比的新型风电调度体系，并在调度模式改进工作中应用SDCA、PDCA等先进管理方法，提高了电网风电管理水平。4PDCA及SDCA方法简介41PDCAPDCA具体含义如下PLAN一计划；DO一执行；CHECK一检查；ACT一行动。PDCA工作流程包括对工作任务制定详细计划，然后将计划付诸实施，对执行结果进行总结、检查，对检查结果进行分析、处理，对于成功经验加以肯定并推广，并通过SDCA流程进行标准化，对失败教训加以总结，将未解决的问题放到下一轮PDCA循环进行再次改进，促使企业管理水平不断提升。42SDCASDCA具体含义如下STANDARDM标准化；DO一执行；CHECK一检查；ACT一总结。SDCA工作流程包括首先对工作流程进行标准化，并使其稳定运行；然后检查过程，以确定存在的问题；最后做出分析，并进行流程优化以满足进一步要求。SDCA则通过不断进行制度改进和标准化，保证企业管理水平提升的稳定化。5蒙西电网风电调度模式的发展阶段风电调度管理模式的改进是一个需要匹配风电发展规模和速度的长期过程。通过有意识地在调度模式改进工作中应用SDCA和PDCA方法，蒙西电网建立了以“风险驱动、事故优先控制、持续改进”为显著特征的新型动态风电调度体系。按照时间顺序，蒙西电网风电调度模式大致可以划分为以下5个发展阶段。51单纯监视阶段风电发展初期，由于风电装机占比很小，风电对电网影响较小，可以在电网不采取任何特殊措施情况下，实现风电的全额接纳。在此阶段，风力发电负荷可以简单地处理为“负荷波动”，电网对风力发电的主要任务为数据监视与收集。单纯监视阶段调度模式简图见图3。新能源监视L传统调度体系图3单纯监视阶段调度模式简图52局部限制阶段随着风电装机和风电场数量的不断增加，在风资源富集区，首先出现局部风电装机过剩现象，该阶段风电整体负荷尚对电网无明显影响，但局部风电可能存在热稳定、暂态稳定或电压稳定限制。该阶段电网对风力发电的主要任务，除包括第一阶段的数据监视和收集外，还需要引入风力发电负荷预测，以充分利用断面容量接纳风电。在该阶段，可能出现同一断面内风电负荷分配问题及断面内火电配合调整问题，如影响火电日发电计划编制，可考虑将部分风电纳入日计划平衡。局部限制阶段调度模式简图见图4。新能源监视新能源预测LL传统调度体系FF按照断面约风电部分纳入束进行控制日计划平衡图4局部限制阶段调度模式简图53调峰限制阶段随着风电装机和风电场数量的进一步增加，风电除受电网断面限制外，还受全网调峰能力的限制，特别是在低谷时段，若风电负荷过大，则必须对风电总负荷进行控制。由于风电场数量较多，受制于技术手段，只能采用电话方式进行逐个下令，因此只能按照档级进行接纳。在这一阶段，风电对电网的影响由局部过渡为全局，风电、火电的矛盾在电网低谷期间进一步显现。由于该阶段火电和风电单独控制，因此必须将部分风电纳入全网日计划平衡。调峰限制阶段调度模式简图见图5。4内蒙古电力技术2013年第31卷第5期图5调峰限制阶段调度模式简图5_4调频限制阶段当风电装机规模进一步扩大，风电波动速度可能超过电网正常状态下的传统电源调整速度，风电对电网调频的影响不可忽略，风电发展进入电网调频限制阶段。这一阶段电网风电管理的核心任务是风电的平滑控制，以匹配火电的调整速度和能力，降低风电大幅波动对电网频率或区域联络线潮流的影响。在这一阶段，蒙西电网主要经验是针对风电场数量众多的情况，开发了风电功率集中控制系统，实现对接人蒙西电网风电场的全覆盖，通过对多个风电场集体下令方式，实现风电的实时、平滑控制。调频限制阶段调度模式简图见图6。新能源电话新能源监视新能源预测方式调整L传统调度体系F按照断面约风电部分纳入新能源下令平束进行控制日计戈平衡台直接调度图6调频限制阶段调度模式简图55风、火优化运行阶段随着风电占比进一步增加和技术手段的成熟，风电发展将最终过渡到风、火优化运行阶段。这一阶段电网的核心任务是在风电和火电之间达到平衡，并建立适当日前方式风电风险承担机制及区域电网共同消纳机制，做到风、火电协调、优化控制，做到风电“又好又多”接纳。目前，蒙西电网正在积极建设风火协调AGC系统，系统建成后将会大幅提高全网风、火协调控制水平。风、火优化运行阶段调度模式简图见图7。6新型风电调度体系与常规调度体系比较经过大量的摸索、实践，蒙西电网基本建立了新能源监视I源删IL传统调度体系按照断面约束进行控制风电部分纳入日计划平衡新能源下令平台直接调度风、火电协调优化控制机制图7风、火优化运行阶段调度模式简图适应当前电网装机规模和风电占比的“以多种预测为指导、以日前计划为框架、以实时控制为核心”的新型风电调度体系。该体系与“以预测为引导、以计划为核心、以控制为辅助”的常规调度体系具有重大差别。图8为常规风电调度模式结构简图，图9为蒙西电网新型风电调度模式结构简图。气象信息T风电预测外送计划HH调度执行L电网安全约LI风电辅助L束校验LL控制图8常规风电调度模式结构简图嘲网劈H星琶鬟H调度执行H风火AG协C调能力申报广发电计划广嗣J殳执们R外送计划LI券檗囊鑫风险预控及备用容量管理图9蒙西电网新型风电调度模式结构简图61常规调度模式的特点常规调度模式广泛应用于全国各级网、省公司，是我国“统一调度、分级管理”调度管理体系的重要方面U。其主要流程为由电网计划专业负责将负荷预测、外送计划、风电场发电能力申报进行汇总，编制次H火电、风电发电计划，经电网安全约束校验后，发往调度部门遵照执行，当发生特殊情息一一测工颟历一一负2013年第31卷第5期郭琦，等蒙西电网风电运行调度模式建设经验分析5况时，则由调度部门进行临时安排和处理。常规调度模式主要建立在用电负荷及发电出力可预测、可控制的基础上，该模式对于大容量波动性电源例如风电、光伏的适应性较差。62常规调度模式存在的问题及解决措施大容量波动性电源如风电、光伏等接入电网且占比较高时，应用常规调度模式的电网可能存在以下运行风险。1由于风电预测的准确性随预测时间的增加而递减，在实际运行中，日内预测的准确性大大高于日前预测的准确性。因此日前计划应向日内滚动计划转变，只有按照风电的最新预测对火电的出力计划进行持续滚动修正，才能保证全网火力、风力发电工作有序进行。2由于对风电实施发电能力申报制度，并对申报准确度进行考核，而风电预测准确率不高，为了规避考核风险，风电场对预测结果进行适度下调，“管理弃风”的情况时有发生。针对这种情况，在考核初期应评估风电场预测误差对电网造成的影响，仅对造成严重影响的预测误差进行考核。3由于风电工况变化较大，电网局部地区可能出现潮流和电压的大幅波动，常规离线计算模式不能完全涵盖风电工况的各种变化，必须加强在线安全稳定分析工作，同时逐步实施“大运行”体系以适应风电分析工作要求。4受限于现有技术条件，风力预测准确率不高，在实际运行中可能出现较大的偏差，为提高风电的接纳比例，电网火电全备用指风电负荷为0时，仍保持足够供电能力并不可取，必须建立适度的风险承担机制及网问互济机制胆】。5各网、省调日前发电计划编制工作专责通常按正常工作日安排，节假日发电计划编制工作时间间隔过长，有可能出现大幅偏离的情况。综上所述，风电比例较大时，风电日前发电能力申报及日发电计划编制仅宜作为参考，主要应依靠实时控制对风电进行快速调度调整，以提高电网的风电接纳及风电管理水平，这种由日前计划向实时调度的转变，是2种调度模式的核心区别。蒙西电网风电调度模式在日前全网发电计划编制、送调度执行环节，与常规调度模式相同。但在送调度执行后，则由调度专业根据超短期、短期风电滚动预测结果，通过日内滚动计划对日前发电计划进行修正，并通过风火协调AGC系统进行全网统一调整控制63新型风电调度模式的优点