基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析

基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析

曹蓓1薄明明2

（1.国网江西省电力有限公司电力科学研究院江西南昌330096；

2.国网江西省电力有限公司经济技术研究院江西南昌330043）

摘要：针对地区风电的迅猛发展，风电自身的“反负荷特性”以及低谷负荷的缓慢发展，带来日益严重的电网发展滞后于能源发展，尤其是风电的发展问题。本文提出了基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析方法，通过地区电力平衡对风电就地消纳情况进行评估，通过各外送卡口断面N-1静态安全约束校验对风电接入电网的影响进行评估，最后结合两个评估结果分析该风电建设的可行性及投产时机，对风电项目的有序开发具有重要的参考意义。

关键词：风电；消纳分析；电力平衡；N-1静态安全约束；

引言

全球可利用的风能资源蕴藏量巨大，随着近年来风力发电技术的日臻成熟，风能已成为最具有发展潜力的一种可再生能源。我国风力资源丰富，储量及实际装机容量居世界首位。风电的快速发展对缓解我国紧张的用电局面起到了关键作用。在未来发展中，我国政府仍将鼓励扶持可再生能源的开发建设，风电产业还将保持较高的增长势头。

但风电的消纳情况却不容乐观，西北、东北等地区均出现了弃风现象，由于风电的“反负荷特性”，弃风大多出现在负荷水平较低时。现在有关于风电消纳情况的研究中，有的学者提出基于调峰能力约束的风电消纳能力研究，该方法基于电源及负荷平衡关系得出最大消纳能力；有的学者从提高风电消纳能力的方法上进行研究，如低碳视角下的风电消纳问题、考虑风电消纳的风电-电储能-蓄热式电锅炉联合系统能量优化及基于源—荷互动的大规模风电消纳协调控制策略等。这些研究大多针对的是省域电网，由于现在大多实际电网的发展滞后于能源发展，各地区电网发展差异性较大，且风电的接入点较分散，导致实际风电消纳能力远小于省域分析结果。很少有针对地区单个或区域多个大型风电场项目的消纳分析。

本文结合实际工程，就地区某160MW风电场项目的消纳情况进行了研究，综合考虑该风电场项目接入电网后对典型方式电力平衡的影响及外送卡口断面潮流影响，提出了基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析方法，并通过实际工程案例验证了该分析方法的有效性和可行性。

1地区电网概况

1.1220kV及以上公用变电站

根据地区电网规划，本工程风电投运前该地区有500kV变电站1座，主变2台，容量1500MVA；有220kV公用变电站8座，主变20台，变电容量4000MVA。

1.2220kV及以下统调电源

截至本工程投运前，该地区有220kV及以下统调电源装机容量为2041MW，其中火电装机容量为700MW，水电装机容量600MW，风电装机容量581MW。

1.3负荷水平

根据最新负荷预测结果，该风电项目规划投产水平年最大统调负荷为2000MW，最小统调负荷为400MW。

该地区本工程风电投运前220kV及以上电网接线示意图如图1所示。

图1地区2020年220kV及以上电网接线示意

2电力平衡

地区电力平衡是指地区内发电和用电的关系，即出力和负荷的关系。我们通常采用出力与负荷的差值反映地区电力平衡情况，正值“+”表示有电力盈余，该地区无法完全消纳；负值“-”表示有电力亏缺，地区处于缺电状态，需从主网受进电力。新增风电项目的接入将改变原有平衡结果。

3N-1静态安全约束

N-1静态安全约束是指依据《电力系统安全稳定导则》中的N-1原则分别计算静态安全潮流约束。它是输电断面有功潮流控制的重要依据。静态安全潮流约束是限制电网区间传输功率的主要因素。

4基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析

基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析方法，通过地区电力平衡和外送卡口断面N-1静态安全约束校验结果对风电接入电网后地区消纳情况进行评估。

4.1地区电力平衡分析

1）计算条件

本文取两种极端方式，即丰水盛风期大负荷和枯水盛风期小负荷两种典型方式进行平衡。丰、枯水期统调水电出力分别按装机的90%、25%考虑；盛风期按装机的90%考虑。

2）计算结果及分析

由计算结果可知，大负荷方式考虑本工程所发电力该地区仍处于电力亏缺状态，需从主网受进电力，本工程所发电力可在该地完全消纳；小负荷方式处于电力盈余状态，本工程的投运将增加各外送断面的外送压力。风电项目接入电网后地区电力平衡见表1。

根据仿真计算结果可知，本工程接入前B1B2双回通道的II线（2×LGJ-300）发生N-1故障时，I线（2×LGJ-240）潮流已接近满载（30℃的极限为391MW）；本工程接入后，B1B2双回通道其中一回发生N-1故障时，将导致另一回过载。

4.3基于消纳结果风电项目建设可行性分析

本工程160MW风电项目小负荷方式下无法在该地区实现就地消纳，需倒送主网，但由于外送的B1变电站220kV上网断面B1B2双回通道潮流较重，无法满足本工程外送需求，规划水平年不具备并网条件，本工程风电需在B1B2通道加强后或B1B2通道潮流减轻后并网。

5结语

地区风电的迅猛发展，风电自身的“反负荷特性”以及低谷负荷的缓慢发展，导致了电网发展落后于能源发展的问题日益凸显，尤其是风电的发展。低谷负荷风电的就地消纳可能性越来越小，大多以供电需求建设的电网承受着送电的考验。规划新增风电项目能否就地消纳，若不能，会给网架造成怎样的冲击，还要不要建，什么时候建。针对这一问题，本文提出了基于地区电力平衡和N-1静态安全约束的风电项目消纳分析方法，通过典型方式的电力平衡分析就地消纳的可能性，通过N-1静态安全约束分析风电项目接入后对断面潮流的影响，最后的结合分析结果对风电项目的建设可行性、建设时机给出科学建议。本文通过实际工程验证了该方法的有效性和可行性。