2012年第6卷第1期南方电网技术特约专稿2012，V ol. 6，No. 1 SOUTHERN POWER SYSTEM TECHNOLOGY FeaturedArticles 文章编号：1674-0629(2012)01-0008-05 中图分类号：TM614 文献标志码：A 广东电网风电出力特性分析及其经济性评价樊扬1，林勇1，徐乾耀2，张宁2，陈新宇2（1. 广东电网公司电网规划研究中心，广州510600；2. 清华大学电机系，北京100084）摘要：风电出力特性的研究对于低碳经济发展大背景下含规模风电接入的电力系统规划运行至关重要。
基于风电场群的分区分片划分和多风电场运行模拟技术，定量分析了广东规模风电的出力特性和容量效益。
研究表明，规模风电接入将增大系统调峰需求，需要在电网规划建设和风电配套政策制订方面引起足够重视。
从系统运行成本、煤耗、污染物排放等多个角度进行的经济性评价显示，尽管规模风电接入对常规机组替代作用相对有限，但对于广东节能减排与低碳发展具有重要意义。
关键词：规模风电；运行模拟；风电出力特性；容量效益Analysis on the Characteristics of Wind Power Output in Guangdong PowerGrid and Its Economic EvaluationFAN Yang1, LIN Yong1, XU Qianyao2, ZHANG Ning2, CHEN Xinyu2(1. Grid Planning & Research Center of Guangdong Power Grid Corporation, Guangzhou 510600, China;2. Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: To study the characteristics of wind power output is very important for the planning and operation of a power systemintegrated with a large scale of wind power under the background of low-carbon development. Based on the simulation of theoperation of a wind farm group integrated with district wind farms, this paper analyzes quantitatively the characteristics of windpower output and its economic evaluation in Guangdong Power Grid (GPG). The results show that to integrate a large scale of windpower in a power system increases the requirement of peak load regulation of the system so greatly that it must be consideredcarefully in the system planning and wind power policy making. The economic evaluation in terms of the system operation cost, coal consumption, pollutant discharge, etc. indicates that a large scale of wind power is of great significance to energy saving, emissionreduction and low carbon development for Guangdong province though its effect of replacing the traditional units is relatively limited.Key words: a large scale of wind power; operation simulation; wind power output characteristics; capacity benefit随着电力系统中风电装机规模和占总装机比例的逐步增加，风电出力的间歇性、波动性和反调峰特性将会进一步影响电力系统的安全稳定和经济运行[1-2]。
分析区域电网规模风电的出力特性，加强风电相关基础研究，对规模风电发展下的电力系统规划建设至关重要。
本文结合广东远景风电发展规划，采用多风电场运行模拟技术，对广东规模风电的出力特性、容量效益以及技术经济特性进行了定量分析。
1广东风电发展潜力及规划广东属于亚热带海洋性季风气候，冬季盛行东北季风、夏季盛行西南季风。
全省可开发利用的风能资源主要分布在沿海地区、近海海上和内陆的高山一带，其中以沿海地区和近海海上风能资源最为丰富。
广东全省先后开展了4次陆上风能资源普查工作。
根据2004年省政府组织开展的全省风电资源评价结果，广东省陆上（含海岛）风能资源理论储量75 GW，其中资源丰富区的可装机容量约为17 GW。
广东是我国海上风能资源最为丰富的省份。
根据国家能源局组织开展的《广东省海上风电场工程规划》的近海风电场选址原则，剔除与海洋功能区划、生态环境保护、军事、港航通行等相冲突的海域后，广东近海水深30 m以下可开发海上风电装机容量超过10 GW，具备规模开发的资源条件[3]。
第1期樊扬，等：广东电网风电出力特性分析及其经济性评价 92010年底，广东陆上风电装机约0.78 GW。
为更好研究风电特性及相应影响，本文采用风电发展高方案进行分析。
即考虑目前核准、路条及签署框架协议的陆上风电项目在2020年全部投产，而海上风电发展也略大于《广东省新兴能源及产业发展规划（2010—2020年）》提出的规模。
预计2020年广东风电装机容量可达到11.56 GW，其中海上风电装机容量4.08 GW。
2 研究方法2.1 多风电场运行模拟技术风电出力的模拟技术是研究风电随机性和波动性对电力系统影响的基础。
本文利用多风电场运行模拟技术生成各风电场的出力时间序列。
风电出力模拟技术的核心是生成符合统计特征与相关性的随机风速序列。
本研究采用随机差分方程方法来生成风速序列进行风电运行模拟，能够兼顾风速的时序特征和概率分布，将解析化的随机微分方程变换为随机差分方程，利用差分方程迭代生成风速的时间序列，然后利用风电机组出力特性曲线生成风电机组出力时间序列[4-5]。
2.2 容量效益分析方法2.2.1可信容量风电可信容量是从等可靠性角度出发，表示风电能够替代常规机组的容量。
风电可信容量的计算方法是，在原有包含风电的系统中，去除风电，并添加部分常规火电机组作为等效系统，计算等效系统的可靠性指标，如LOLP，EENS等，调整添加常规火电机组容量，直至某一可靠性指标与原包含风电的系统的可靠性指标相同为止，添加的常规火电机组容量即为风电可信容量。
风电可信容量占风电装机容量的百分比为风电容量可信度。
2.2.2保证容量与有效出力[6]保证容量是衡量风电在负荷高峰时段用于系统电力平衡的容量，表示规模风电高峰负荷时段对常规机组的替代作用。
一般情况下，其计算方法是把负荷高峰时段的风电出力按从大到小排，取在某一保证率下（如95%）风电的最小出力作为风电的保证容量。
若风电具有一定的保证容量，即认为可替代对应保证容量的火电装机。
在进行电力系统规划时，风电的保证容量直接影响其他电源的装机规模。
有效出力是衡量风电在负荷低谷时段参与系统调峰平衡的容量，表示规模风电低谷负荷时段对系统调峰容量的需求。
一般情况下，其计算方法是把负荷低谷时段的风电出力按从小到大排序，在某一保证率下（如95%）风电的最大出力。
进行电力系统规划时，风电的有效出力直接影响到系统对其他电源调峰能力的需求以及系统调峰电源的规划。
2.3 技术经济分析方法本文主要从风电对系统运行成本、系统煤耗与排放、系统常规机组利用小时数、购电成本等角度对广东规模风电的技术经济特性进行分析。
对于系统运行成本，风电的接入会使系统中燃煤机组的发电份额减少，系统的边际成本显著降低。
但与此同时，为了不限制风电场出力并维持系统的可靠运行，风电的接入会增加系统的调频容量与旋转备用容量，将部分负荷从生产成本较低的基荷机组转移给生产成本较高的具有灵活调节特性的机组，这部分机组在参与风电出力波动的调整过程中也在一定程度上降低了发电效率，从而增加了系统的发电成本。
对于系统煤耗与排放，风电在运行中没有燃煤消耗，具有较高的节能减排效益、环保效益与低碳效益。
同时，规模风电的接入会在一定程度上减少常规机组的年利用小时数，也会在一定程度上提高系统购电成本。
3 广东规模风电出力特性及容量效益分析3.1片区划分及参数选取根据广东风能资源状况及地理分布，将全省风电划分为11个片区，如图1所示，其中陆上风电6个片区、海上风电5个片区。
图1 广东风电片区划分示意图Fig. 1 Partition Diagram of Wind Power in Guangdong10 南方电网技术第6卷本文假定各风电片区内部的风电场具有相同的风速分布特性。
2020年，广东各片区风电规划装机容量、风速分布参数和平均风速见表1。
表1 广东不同风电片区2020年装机容量及风速参数Tab. 1 Capacity and Wind Velocity Parameters ofWind Power Partitions in Guangdong, 2020风电片区名称装机/MWWeibull分布参数cWeibull分布参数k平均风速/(m·s-1)粤东陆上 1 336 8.00 3.00 7.14粤西陆上 2 152 7.05 3.00 6.30粤中陆上545 7.40 3.00 6.61粤中东陆上999 7.70 3.00 6.88粤中西陆上866 7.00 3.00 6.25粤北陆上100 7.00 3.00 6.25汕头海上350 8.94 2.35 7.92汕尾海上 1 340 8.43 2.84 7.51珠三角海上960 7.96 1.89 7.06阳江海上800 7.95 2.52 7.06湛江海上630 8.13 2.98 7.26其中，各风电片区的风速信息由运行风电场历史出力数据、规划风电场测风数据、沿海地区气象站测风数据等资料综合得到。