利用特高压交流外送通道打捆输送风火的容量计算

利用特高压交流外送通道打捆输送风火的容量计算

0特高压风火打绑送电通道外送通道锡林郭勒盟地区风资源丰富，适合大规模通风基地的建设。大规模、集中的风电电源基地发展需要配套建设适当规模的调峰电源。最佳调峰电源是水电,可是我国风电资源丰富地区往往水电资源相对短缺,因此大规模风电基地的调峰任务主要由火电机组来完成。为了充分利用风资源优势,降低单纯风电基地出力功率波动对受端系统的影响,在一定范围内同时建设大规模风电、火电基地并考虑采用长距离、大容量风火打捆送电通道外送,是目前大型风电基地并网的主要开发模式。根据国家电网总体规划,“十二五”期间,规划建成“三纵三横”特高压骨干网架,形成华北、华东和华中(三华)交流特高压同步电网。其中锡盟—南京1000kV特高压交流输变电工程是重要组成部分。该工程建成后,其点对网外送通道送电能力达到9000MW,满足锡盟地区风电、煤电打捆电力外送的要求。在无法跨越依靠火电机组为风电调峰的技术门槛前提下,为了尽可能利用清洁能源的同时又不失火电机组的经济性,充分分析风电基地的出力特性,研究论证合理的风电、火电装机容量和比例显得尤为重要。1风火打绑配置的原则风火打捆送电就是利用火电的调节能力来弥补风电出力的波动,保证外送通道潮流功率的稳定,减少大规模风电送出对受端系统其他机组运行和供电的影响。若风电基地规模过大,风火打捆所占的比例过高,在外送通道能力一定的前提下,尽可能消纳风电电力,火电装机比例就需要降低。此时低谷负荷时段受火电机组调峰能力的限制可能导致大量弃风;而在高峰负荷时段又存在由于风电无法保证出力导致无法满足送电通道电力需求的问题。反之,若风电基地规模过小,风火打捆所占的比例过低,没有充分体现清洁能源的优势,同时没有合理充分利用现有火电机组的调节手段。无论从经济性还是技术性看,风火打捆送电必然存在一个风电和火电合理地打捆容量问题。为了研究风火打捆合理配置容量,需要对风火打捆配置的原则进行界定。利用特高压交流外送通道进行风火打捆外送,在满足原则的情况下是合理的:a.在满足系统消纳电力电量要求的前提下,能够消纳风电的绝大部分电量,弃风电量所占比例很小;b.火电机组运行在安全稳定的范围内,避免影响设备安全的运行方式;c.保证负荷或者系统供电的需要及其可靠性要求,不应因为风电的随机性造成对负荷供电可靠性的降低;d.风电、火电以及输电系统均应有较好的运行经济性。还需要考虑安排风火运行的带负荷顺序、确定风火调度运行原则。如:在满足系统负荷需要的前提下,首先安排火电机组的最小技术出力发电带负荷,然后安排风电发电,最后是火电的可调容量发电带负荷。在系统最低负荷时段,风电也可以考虑适当弃风的原则等。2系统腰荷时段的运行与调度对于锡盟基地风火打捆点对网送电情况,影响风火合理配置的关键因素主要有:a.系统高峰负荷时段的运行与调度,此时影响风火打捆的关键因素是火电装机容量及风电保证出力;b.系统低谷时段的运行与调度,此时影响风火打捆的关键因素是火电调峰能力及风电有效出力;c.系统腰荷时段的运行与调度,此时影响风火打捆的关键因素是火电跟踪风电出力变化的调速配合问题。在风电的调度运行及计算中,由于风电的随机性及统计特性,一般风电特性的分析采用编制风电持续出力曲线并在曲线上选取特定保证率下的风电出力值进行研究。研究中,高峰负荷时段与低谷负荷时段使用的风电出力是不同的,高峰负荷时段因要保证对负荷的可靠供电,需要采用高保证率的出力,本文采用90%保证率出力;而低谷负荷时段,为了减少风电弃风,需要采用低保证率的出力或风电有效出力,本文采用10%保证率出力。3风火救援容量分析与计算3.1风电钻机的模型结合影响风火打捆合理配置的关键因素分别进行分析。理论上可以根据高峰时段的预留电力需求来计算风电装机,但通过大量风电数据测算及实际运行情况看,风电保证出力水平较低,在保证率为90%的情况下,风电保证出力不及装机容量的10%,若保证率要求为95%,则风电保证出力还将进一步降低。若仅按照高峰负荷预留电力及风电90%或95%的保证率出力来折算风电装机,其风电装机是十分巨大的,不现实也是不经济的。另外,考虑了火电设备检修备用之后,对于充分利用9000MW的外送电能力来说,完全取决于机组开机方式,风火打捆的最大出力决定于开机方式和风电的预计保证出力,即使在高峰负荷时段不考虑为风电预留电力,当风电有出力时,仍可以通过火电调节能力满足风电电力消纳并同时保证外送通道潮流功率需要。因此在高峰负荷时段,本文暂不考虑为风电预留电力容量,以高峰负荷来确定火电装机。若以低谷负荷时段的最小调峰裕度及风电有效出力来折算风电装机容量,可以说低谷负荷时段有90%以上的概率可以全额接纳风电电力,这样弃风概率为10%,弃风电量经计算不超过1%,由此计算风电装机容量是比较合理且经济的。因此在低谷负荷时段,本文以低谷负荷的最小调峰裕度及风电有效出力来确定风电装机。理论上可以通过研究风电、火电的最大变化率来确定一个风火打捆的比例,但由于没有大型风火基地联合运行经验,工程前期阶段所能掌握的测风资料又有限,无法详细分析风电场的出力变化规律。本文认为,对于腰荷时段风火调速配合问题的分析,可以简化为在高峰负荷、低谷负荷所确定的火电、风电容量的基础上,依据现有风电相关规程规定的变化率限值及火电实际运行特性来进行调速配合校核。3.2确定用电、用电的用量结合风火打捆容量的理论分析,利用特高压交流外送通道点对网的风火打捆外送,风火装机规模可按如下方法计算:a.以高峰负荷时段的送电需求来确定火电装机容量;b.以低谷负荷时段的最小调峰裕度来确定风电装机容量;c.在腰荷时段,用确定的风电、火电的装机容量来校核风火打捆的调速配合;d.分别计算风电、火电利用小时数,从经济性角度校核风火配合的合理装机容量。4高压通道风火联合传输容量分析以锡盟—南京特高压交流通道点对网风火打捆外送为例,按照上述方法对风火打捆容量进行计算分析。4.1发电负荷的送电效率锡盟—南京特高压交流通道高峰负荷送电能力为9000MW,低谷负荷送电取高峰负荷的60%,即5400MW;火电机组单机容量为660MW,厂用电率取8%,最小技术出力取机组最大出力的50%。通过对测风数据分析,低谷负荷时段风电有效出力(10%保证率出力)取0.483。4.2发电效率及容量对远距离送电规模高达9000MW的电源基地,考虑火电机组一定容量的检修备用是必要的。对本例研究对象,考虑到送电距离远、输变电投资大,且是点对网送电,适当增加检修备用容量,从通道利用率、经济性、供电可靠性等方面来讲是合适的。考虑高峰负荷(9000MW)不为风电预留容量的前提下,9000MW全部为火电出力,按照660MW机组厂用电率8%计算,当满送电时需要开机容量约9800MW,约合15台660MW机组。考虑检修备用情况,当装机16台,检修备用容量约7.9%;当装机17台,检修备用容量约14.7%。考虑到电厂装机台数一般为偶数,因此本文火电机组总装机容量暂按16台660MW机组考虑。考虑到外送通道风火打捆外送的特殊性,尽可能利用风能又不过多弃风原则,初步计算,正常运行方式时安排14台运行、2台备用的运行方式能够满足电力需求,且无论高峰或低谷负荷,对风电的接纳均更有利。4.3风电效率的计算在火电装机容量确定的基础上,按照正常方式14台660MW火电机组最小技术出力及低谷负荷5400MW计算,最小调峰裕度为1200MW。依据尽可能消纳风电电量原则,以风电10%保证率出力作为风电有效出力计算,风电的装机容量约2500MW;当风电装机容量为2500MW时,低谷负荷时段90%概率的风电能够全部消纳,初步估算弃风电量不超过1%。4.4基本风速特性国家电网公司关于风电有功功率控制要求为:对于装机容量大于等于150MW的风电场,要求的1min、10min最大变化量分别为15MW、50MW。锡盟地区规划10座大型风电场,初步估算风电基地电力的1min、10min最大变化量分别不大于150MW、500MW。对于火电机组调速特性,根据电网相关规定及实际运行经验,火电机组1min调速能力可达到机组容量的2%,10min或更长时间调速能力能够达到机组容量的1%/min。由此计算正常方式下14台机组1min、10min能够达到的调节能力分别为184.8MW/min、924.0MW/min,就是说火电机组短期及长期的调速能力均能满足跟踪风电功率变化的需要。4.5风火出力曲线根据计算得出风、火装机容量及送电通道容量,取风电出力最大日和风电出力峰谷差最大日对风火打捆电力送电曲线进行拟合,如图1、2所示(风电理论出力曲线与风电实际出力曲线重合)。可以看出,2个典型日中,火电机组能够较好地跟踪风电出力的变化。风火联合送电在技术上是可行的,风火匹配效果较好。4.6风电机组年发电量及利用小时数从电源运行的发电利用小时数指标角度看,通过对风火机组利用小时数的测算,来反映两者的运行经济性。一般情况下特高压交流外送通道的送电电量基本确定,也即风电、火电两者的利用小时数是此消彼长的关系。在尽量消纳风电电量的原则下,并允许在负荷低谷时段风电损失少量电量,即取90%保证率对应的风电有效出力进行计算,按照统计规律得到的风电年发电量是基本确定的,风电年等效利用小时数经计算约2564h。在锡盟外送通道送电电量一定的基础上,将风电电量扣除后,即为火电全年发电量。按16台660MW机组计算,火电机组年利用小时数约5241h。目前风电机组利用小时数一般为1800~2300h,火电机组利用小时数为4800~5500h。因此,锡盟基地风火打捆后,风电、火电的经济性均能保证;同时避免了过度弃风导致风电利用小时数过低,或过分强调全额接纳风电导致火电运行条件及经济性较差的情况。5风火打绑送电方案探讨研究合理的风火配合比例问题是研究一个多约束条件下的非线性优化问题,其约束条件包括火电机组的经济性、风电场的经济性、负荷需求特性、火电开机容量、火电机组调节特性和风电出力季节特性等。规划前期阶段,按照本文提出的风火打捆送电的主要原则及关键影响因素进行分析是合适的。以锡盟特高压交流通道点对网输电为例,提出根据送电曲线运行方式计算风火打捆容量的分析思路及计算方法。从研究结果看,采用本文提出的方法对风火打捆容量进行配置,从技术方案、送电可靠性及经济性来说均是可行的。目前我国可再生能源快速发展,开展利用大容量火电输电通道增加风电送出的研究是很有意义的。本文的方法对今后开展类似研究及工程工作具有参考和借鉴作用,对于锡盟通道相关结论可为该地区风电发展规划提供参考。(1)峰时段送电电力以锡盟—南京交流特高压外送通道为例,为满足高峰时段送电电力达到9000MW,即要满足高峰时段