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摘要：风电以其可再生、清洁和技术进步的优势得到飞速发展，已成为中国的第3大主力电源。由于中国的风能资源集中度高、远离负荷中心、规模大等特点，风电难以消纳，电力系统不得不通过弃风来维持系统的稳定运行。如何提高风电的消纳能力，仍然是一个热点问题。本文为提高区域电网的风电消纳能力，以风电特性指标与负荷特性指标为约束，分析调峰约束下的风电消纳空间建立区域电网的供需不平衡度，计算区域电网的自平衡度指标和各区域电网间的互平衡度指标，提出基于平衡度指标的区域电网动态划分方法。最后，以新疆区域电网为例进行仿真，通过区域电网的动态划分可更好地提高风电消纳、减小弃风。
关键词：风电消纳；可再生能源；特性分析；平衡度指标；动态划分
1概述
为减小弃风，并同时提高系统风电的利用率，现有的提高风电消纳的方法主要有以下3种：1）储能技术，利用抽水蓄能电站的削峰填谷能力，减小了弃风电量，提高了风电的利用率，但抽水蓄能电站受地形条件的限制；］在电源侧通过储能优化系统的电源结构，利用储能的充放电，平抑风电功率波动以消纳过剩的风电，但储能电站的成本较高，导至其平抑风电功率波动提高风电消纳的能力有限。2）多能互补模式，多种能源的互补特性，通过协调多种能源优势所在，扬长避短，提高了可再生能源的消纳能力，但多能互补模式受电价、运行、电能质量等多种因素制约。3）需求侧响应，风电代替燃煤锅炉为用户供热，通过改善负荷特性，提高了负荷低谷时段的风电消纳，但提高消纳的能力有限。这些方法虽然都取得了较好的成果，但也存在一定的应用限制。因此，大规模的风电消纳还应以就地消纳、风电输入周边区域消纳为主。
2基于调峰约束的风电消纳空间分析
各区域电网最大风电消纳空间由区域负荷及常规机组的最小技术出力来决定，这表明系统不能在任意时刻全部消纳风电场所发出的功率。因此，当某一时刻风电场所发出的功率大于该时刻的消纳空间时，为了保证系统的供需平衡，不得不将超出的部分切除出去，从而造成弃风限电的现象。火电机组最小出力则因容量的不同而不同，常规火电机组中300MW及以上机组的调峰深度按50%考虑，200~300MW的机组按40%考虑，200MW以下火电机组按30%考虑，供热机组在供热期和非供热期分别按装机容量的10%和40%参与调峰。水电站分经流水和储水式，径流式水电站一般不参与调峰，储水式水电站在枯水期受水量的限制调峰范围可达到100%，在丰水期水电机组出力在各时段基本为满发状
3基于平衡度的区域电网优化划分
3.1供需不平衡度
电力系统是发电与用电随时保持动态平衡的系统，但固定区域电网内由于风电接入，在时空尺度上的供需呈现不平衡现象，这种不平衡的现象可由风电出力与系统的风电消纳空间表示即供需不平衡度。
3.2区域电网动态划分的数学模型
区域电网中，当常规机组的最小技术出力一定时，风电出力和负荷都会对区域的供需不平衡度产生影响进而影响区域间的互平衡度指标。因此，在保证供电质量的情况下，为了提高风电的消纳能力，希望同一时刻某一个区域的弃风电量（或风电消纳空间）与另一区域或几个区域的风电消纳空间（或弃风电量）大小越相近越好，即区域电网间的互平衡度指标越大越好。
3.3区域电网划分流程
区域电网划分是在保证电力系统稳定运行的前提下，当区域内的电网无法对该区域产生的风电进行全盘消纳时，通过与该区域电网相邻的周边区域电网的风电消纳空间来消纳过剩的风电，即扩大区域电网的范围，使风电尽可能多地被消纳。
4算例分析
为校验划分方法的有效性，选择新疆区域电网系统的A、B、C这3个相邻区域电网负荷及风电场出力数据进行分析，其中A区域总装机为8183.75MW，风电装机为1383MW，年最大日负荷5467MW。B区域总装机为2187MW，风电装机为987MW，年最大日负荷1076MW。C区域总装机为1288.205MW，风电装机为595MW，年最大日负荷527MW。考虑到各区的电源结构A和B区域的最小技术出力按60%计算，C区域的最小技术出力按55%计算。由于A区域为负荷高密度和风电富集区域，所以A区域出现弃风和风电消纳空间富足的概率较大，因此选择A区域风电出力和日持续负荷作为研究对象。
4.1A区域风电出力和负荷出力
风电出力曲线和日负荷曲线能够表征风电出力和负荷在一段时间内的变化，A区域风电出力波动范围较大，具有反调峰特性，在不同的时段会呈现弃风和风电消纳空间富足的状态。
4.2区域供需不平衡度及平衡度指标
由于划分后的区域电网通过联络线进行功率的输送，如果联络线调整时间尺度从1h提高到15min，调整时间尺度越短，系统实时性要求越高，虽然可以提高风电的消纳，但提高风电消纳的比例非常小，还将给电网的安全稳定运行埋下隐患。大于零的部分风电出力富足而风电消纳空间贫乏，小于零的部分风电消纳空间富足而风电出力贫乏。供需不平衡度的大小反映了风电出力或消纳空间富足与贫乏的程度。同一时刻不同区域之间，出现大于零和小于零的情况说明这样的区域间存在供需互补性。由于区域电网A为负荷高密度区，因此选择A区域电网与各区域电网进行区域的划分。A区域电网与各区域电网的互补性可由A区域的自平衡度指标和互平衡度指标共同反映，而互补性强弱可由互平衡度指标反映，计算A区域电网的自平衡度指标和各区电网的互平衡度指标A区域电网与各区域划分后区域电网的互平衡度指标大于A区域电网的自平衡度指标，所以这些区域存在时空互补性。因此，考虑到区域间存在的这种时空互补特性，将这些区域互联，可进行功率的交换，从而提高风电消纳的能力。
4.3同一时间段内区域电网优化划分
针对A区域，在满足各指标约束的条件下，选择同一时段与之互补性最好（即互平衡度指标最大）的区域进行最优划分。划分后的风电波动率明显小于划分前A区域的风电波动率，因此划分后的风电出力更加平稳，减小了风电波动对系统电能质量的影响和系统的调频压力。划分后的区域负荷峰谷差率相对减小，划分后负荷需求在一定的时间内保持更加稳定，减小了系统电源的调峰压力。通过比较分析可知区域电网进行划分后使风电穿透率大的区域可以通过扩大的区域电网范围将风电穿透率减小，有利于风电更好地消纳。根据最优划分结果，划分后的供需不平衡度曲线在有的时段上移，有的时段下降。上移的部分即为A区域消纳的周边区域不能消纳风电，下降的部分为周边区域所消纳的A区域产生的风电，故对区域电网划分后不仅提高了A区域风电的消纳能力，同时也提高了周边区域的风电消纳能力。
5结论
本文针对大规模风电并网与系统总负荷不平衡而导致弃风严重的问题，提出一种区域电网动态划分提高风电消纳的方法，基于新疆区域电网实测数据为基础，通过算例仿真表明：1）区域电网根据互平衡度指标进行动态划分后，可以扩大区域电网范围，减小了单个区域高穿透率风电并网难以消纳的问题，对提高风电消纳能力有重要的意义。2）各区域电网风电场、负荷都存在时空互补特性，区域电网动态划分间接降低了风电出力和负荷的波动对系统供电的影响。
参考文献：
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