地区电网新能源消纳困难时段研究

孟祥娟，习秀丽，吴怡儒，章雪萌

(中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230022)

0 引言

近年来，加快新能源发展已成为国内外社会推动能源转型的重要手段[1]。但风电、光伏等新能源出力具有间歇性、波动性和随机性等特性，这些新能源的迅速发展给电网安全稳定带来较大影响。目前，安徽省皖北部分地区新能源扎堆现象严重，新能源建设规模与电网接纳能力和实际接入条件矛盾突出，因此，有必要研究安徽地区电网新能源接纳的困难时段，为开展地区电网新能源消纳能力研究提供支撑，指导地区新能源科学有序建设，协调电源电网可持续发展。

舒印彪等人[3]系统性地研究了我国新能源消纳的关键问题，并提出了有效的措施、进行了场景验证。谭涛亮等人[4]研究了地区电网的新能源消纳能力，并通过新能源渗透率和最小负荷削减量期望值的关系，评估了系统的新能源消纳能力。贾文昭等人[5]针对典型日高峰时段进行风电消纳能力分析，提出了一种计及调峰调频能力的风电消纳能力的评估方法。沈松辉等人[6]对黑龙江省新能源消纳能力进行了研究，重点分析了黑龙江省新能源消纳前景。孙明一等人[7]、彭旭[8]提出生产时序模拟法进行能源消纳，用于全省及跨区传输的应用研究。尽管目前已有一些新能源消纳能力的研究，但大部分分析基于全省层面论证，对全省调峰能力进行分析，而对局部区域的新能源消纳论证较少。本文针对安徽地区电网负荷特性和新能源出力特性特点进行分析，研究安徽地区电网新能源接纳的困难时段，为后续开展新能源消纳能力研究奠定基础。

本文选择某实际电网进行研究，分析该地区的负荷特性、已建成的风电场和光伏电站的出力特性、电网新能源接纳的困难时段及困难时段的负荷取值，为后续新能源消纳能力分析提供支撑。

1 负荷特性分析

选取某实际电网2015年至2018年的年负荷特性，如图1所示。图1(a)表示该地区电网2015～2018年最大负荷、最小负荷、平均负荷和最大峰谷差。可见，随着时间的推进，负荷及峰谷差均逐年增加。图1(b)表示该地区电网2015～2018年平均日负荷率和最大峰谷差率，数据显示近四年的最大峰谷差率和日负荷率成下降趋势，说明该地区负荷特性略有变差。

图1 某实际电网2015～2018年的年负荷特性

选取某实际电网2015年至2018年的负荷曲线，如图2所示。图2(a)表示2018年某实际电网年负荷曲线，在夏、冬两季负荷水平高于其他月份，年高峰负荷出现在夏季7～8月，次高峰出现在11～1月，低谷负荷出现在春季4～5月和秋季的9～10月。图2(b)表示该电网2018年春季典型日负荷曲线，春季高峰负荷集中在19:00～20:00，次高峰为7:00～8:00，低谷阶段出现在3:00～4:00。

图2 某实际电网负荷曲线

2 风电场出力特性分析

选取某典型风电场2018年出力曲线，如图3所示。图3(a)表示2018年风电年出力曲线。由图中可知，6月份的时候出力率最小，在10月和1～4月份的出力率相对较高，表明风电夏季出力低，其他季节出力高。图3(b)表示该风电场2018年春季典型日出力曲线，风电日出力特性呈现出白天小、夜间大的特征，夜间20:00～5:00出力较大，低谷时段主要集中在12:00～16:00之间。

图3 某实际典型风电场出力曲线

3 光伏电站出力特性分析

选取某典型光伏电站2018年出力曲线，如图4所示。图4(a)表示光伏年出力曲线，光伏电站不同月份之间的出力率有一定差别，其中在春季和秋季出现峰值，说明这两个季节出力率相对较高。图4(b)表示光伏春季典型日出力曲线，光伏每日出力曲线规律性较强，6：00光伏开始出力，11:00～15:00光伏出力较大，12:00～13:00光伏达到顶峰值，与日照强度相符合。

图4 某实际典型光伏电站出力曲线

4 新能源消纳困难时段分析

由上述分析可知，春季电网负荷水平低，光伏出力大，因此，春季是新能源消纳困难季节。从时段来看，光伏最大值一般出现在午间12:00～13:00时段，但此时负荷较小，因此，春季中午12:00～13:00时段是新能源消纳困难时段；夜间3:00～4:00时段是负荷低谷时段，此时风电出力较大，因此，春季夜间3:00～4:00时段也是新能源消纳困难时段。

选择2015～2018年4月份12:00～13:00时段和3:00～4:00时段的负荷数据，负荷系数为各点负荷与当年最大负荷比值，负荷系数概率分布见图5。

图5 春季中午和夜间负荷系数概率统计图

中午时段，负荷系数在0.35～0.4出现的概率最大，可以占到35%左右；夜间时段，负荷系数在0.3～0.35出现的概率最大，可以占到45%左右；因此建议该地区春季中午时段负荷取年最大负荷的40%，春季夜间时段负荷取年最大负荷的35%。

选取2019年春季典型日的负荷数据，叠加风电、光伏出力数据，如图6所示。风电、光伏出力数据考虑典型日的风电、光伏出力曲线乘以同时率0.9。

图6 2019年春季典型日负荷与新能源出力关系图

2019年春季典型日负荷与新能源出力关系如图7所示。由图中可以看出，该地区电网新能源装机规模较大，中午时段新能源出力大于负荷出力，目前的新能源消纳最困难时段是中午，后续随着新能源总量及结构变化，消纳困难时段有可能出现转移。

图7 2019年春季典型日负荷与新能源出力关系图

5 缓解地区电网新能源消纳压力的措施分析

确定地区电网新能源消纳困难时段后，后续将考虑地区电网各种电源装机出力，在计算地区电网送出能力的基础上，通过计算主变容量、间隔资源、输送断面、全省调峰能力等，综合判断地区电网新能源消纳能力。

提升地区电网新能源消纳能力，可从以下几个方案着手：

(1)加装储能，平滑新能源电站短时输出，提升电网接纳友好度。

(2)完善地区网架结构，改造电网薄弱环节，提升电网送出能力。

(3)实施火电深度调峰，减少新能源大发时段全网发电出力。

6 结论

综上所述，通过从负荷特性、风电场出力特性和光伏电站出力特性三个方面进行分析，可以得出春季中午12:00～13:00时段和夜间3:00～4:00时段均是新能源消纳困难时段，建议春季中午时段负荷取年最大负荷的40%，春季夜间时段负荷取年最大负荷的35%。研究数据可为后期新能源消纳能力分析提供重要的支撑，研究过程及结果可为其他地区新能源消纳提供参考。