海上風(fēng)電出力特性及其消納問題探討.pdf

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1、第３５卷第２２期Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．２２２０１１年１１月２５日Ｎｏｖ．２５，２０１１海上風(fēng)電出力特性及其消納問題探討徐乾耀１，康重慶１，張寧１，樊揚(yáng)２，朱浩駿２（１．電力系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，清華大學(xué)電機(jī)系，北京市１０００８４；２．廣東電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心，廣東省廣州市５１００８０）摘要：中國海上風(fēng)電將迎來快速發(fā)展，研究其出力特性對海上風(fēng)電消納具有重要意義。文中利用實(shí)際數(shù)據(jù)分析與運(yùn)行模擬相結(jié)合的方式，將海上風(fēng)電的出力特性與陸上風(fēng)電進(jìn)行了對比研究。為了對比風(fēng)電場出力的分布特性，提出了風(fēng)電場出力分布特征指數(shù)的新指標(biāo)。根據(jù)歷史出力分析了近岸風(fēng)電場的隨機(jī)特性與波動(dòng)特性；結(jié)合測風(fēng)數(shù)據(jù)與中

2、長期規(guī)劃，利用風(fēng)電場運(yùn)行模擬技術(shù)分析了海上風(fēng)電場出力的統(tǒng)計(jì)特性。分析表明，與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電具有出力水平較高、小時(shí)級出力波動(dòng)小、冬季比夏季出力高、夜晚比白天出力高以及具有更高的容量因子等特性，其出力分布特征指數(shù)明顯高于陸上風(fēng)電場。最后，闡述了海上風(fēng)電消納不同于陸上風(fēng)電消納的特點(diǎn)，為合理消納海上風(fēng)電提供參考。關(guān)鍵詞：海上風(fēng)電；運(yùn)行模擬；隨機(jī)特性；風(fēng)電出力；分布特征指數(shù)；風(fēng)電消納０引言響；文獻(xiàn)［５］分析了海上風(fēng)電以及波浪能發(fā)電的出力特性以及互補(bǔ)性。目前，國內(nèi)對海上風(fēng)電出力特性近年來全世界風(fēng)電發(fā)展迅猛，其中陸上風(fēng)電和與消納的研究尚未見文獻(xiàn)報(bào)道，亟須開展海上風(fēng)電海上風(fēng)電發(fā)展速度并

3、不平衡。相對于陸上風(fēng)電而的相關(guān)研究工作。以廣東電網(wǎng)為例，該省正在進(jìn)行言，全球范圍內(nèi)海上風(fēng)電的發(fā)展速度較為緩和。自大規(guī)模海上風(fēng)電的規(guī)劃，必須超前研究其消納問題，２００８年以來，世界海上風(fēng)電進(jìn)入快速發(fā)展期，２００８而海上風(fēng)電出力特性分析是研究其消納問題的一項(xiàng)與２００９年連續(xù)２年海上風(fēng)電新增容量超過了基礎(chǔ)性工作。５００ＭＷ，２０１０年海上風(fēng)電新增容量更是達(dá)到了本文的核心是研究海上風(fēng)電的出力特性，并探１４００ＭＷ。截至２０１０年底，全球海上風(fēng)電累計(jì)裝討海上風(fēng)電消納的難點(diǎn)。針對目前海上測風(fēng)數(shù)據(jù)不［１］機(jī)容量為３５００ＭＷ。目前，中國的海上風(fēng)電裝機(jī)足、海上風(fēng)電實(shí)際出力的歷史數(shù)據(jù)積累不足的實(shí)

4、際容量達(dá)到１４２．５ＭＷ，占國內(nèi)風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘康谋壤郏保堇щy，研究基于實(shí)際數(shù)據(jù)分析與運(yùn)行模擬相結(jié)合的不到１％。國內(nèi)已建和在建的海上風(fēng)電項(xiàng)目有上方式開展。首先根據(jù)近岸風(fēng)電場發(fā)電出力歷史數(shù)海東海大橋１００ＭＷ項(xiàng)目、江蘇大豐潮間帶３００ＭＷ據(jù)，分析了近岸風(fēng)電出力的隨機(jī)特性與波動(dòng)特性；然示范項(xiàng)目以及去年江蘇首輪１０００ＭＷ海上風(fēng)電招后利用風(fēng)電場運(yùn)行模擬技術(shù)，根據(jù)分析得到的風(fēng)電標(biāo)項(xiàng)目。雖然國內(nèi)目前已建和在建項(xiàng)目只占世界海［１］出力隨機(jī)特性以及實(shí)際測風(fēng)數(shù)據(jù)，對規(guī)劃海上風(fēng)電上風(fēng)電總?cè)萘康模矗プ笥遥袊幱诤Ｉ巷L(fēng)電場進(jìn)行運(yùn)行模擬，得到各風(fēng)電場出力的時(shí)間序列。加速發(fā)展階段，根據(jù)沿海省份編制

5、的規(guī)劃，海上風(fēng)電［２］通過對海上風(fēng)電場出力的統(tǒng)計(jì)分析、風(fēng)電場出力分的裝機(jī)容量預(yù)計(jì)將在２０２０年達(dá)到３０ＧＷ。布特征指數(shù)的計(jì)算以及對風(fēng)速相關(guān)性多場景的對相對陸上風(fēng)電而言，海上風(fēng)電的研究工作明顯比，詳細(xì)分析了未來海上風(fēng)電場的出力特性。進(jìn)一滯后。國外對海上風(fēng)電展開了一些研究：文獻(xiàn)［３］從步，將海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電出力特性進(jìn)行比較，探討預(yù)測的角度分析了海上風(fēng)速梯度、垂直風(fēng)速變化以了海上風(fēng)電的消納難點(diǎn)，為進(jìn)一步研究其消納方法及尾流效應(yīng)對風(fēng)電出力的影響；文獻(xiàn)［４］分析了風(fēng)電提供了參考。場規(guī)模、風(fēng)速、風(fēng)向等對海上風(fēng)電出力波動(dòng)性的影１研究框架收稿日期：２０１１－０８－２５。國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃

6、（８６３計(jì)劃）資助項(xiàng)目１．１整體思路（２０１１ＡＡ０５Ａ１０１）；中國國家自然科學(xué)基金委員會(huì)（ＮＳＦＣ）本文采用實(shí)際數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)模擬分析相結(jié)合與英國皇家學(xué)會(huì)（ＲＳ）合作交流項(xiàng)目（５１０１１１３０１６１）。的方法。實(shí)際數(shù)據(jù)分析是根據(jù)風(fēng)電場歷史出力信息，統(tǒng)計(jì)分析風(fēng)電出力的隨機(jī)性與波動(dòng)性，提取風(fēng)電—５４—·間歇式能源系統(tǒng)級規(guī)劃方法·徐乾耀，等海上風(fēng)電出力特性及其消納問題探討場出力分布的特征參數(shù)，并結(jié)合沿海各地區(qū)氣象站１．３描述風(fēng)電場出力分布規(guī)律的新指標(biāo)的測風(fēng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行風(fēng)電場出力的運(yùn)行模擬，進(jìn)一步分比較２個(gè)風(fēng)電場出力的分布往往使用風(fēng)電場出析研究海上風(fēng)電場的出力特性，并探討海上風(fēng)電消力

7、分布函數(shù)，然而風(fēng)電場出力分布函數(shù)包含的信息納的難點(diǎn)。本文整體研究框架如圖１所示。量較多，難以直觀比較風(fēng)電場出力的分布特性。本文提出了風(fēng)電場出力分布特征指數(shù)這一新指標(biāo)，用來描述風(fēng)電場出力的分布規(guī)律，同時(shí)衡量風(fēng)電場出力的均衡情況。風(fēng)電場出力分布特征指數(shù)用β表示，其含義是風(fēng)電場標(biāo)幺出力大于β的概率為β。其計(jì)算方法如圖２所示。將風(fēng)電場的出力持續(xù)曲線的橫縱坐標(biāo)標(biāo)幺化，橫坐標(biāo)的基值為風(fēng)電場的裝機(jī)容量，縱坐標(biāo)的基值為出力的時(shí)段總數(shù)，標(biāo)幺化后橫縱坐標(biāo)區(qū)間均為［０，１］，該出力持續(xù)曲線中橫縱坐標(biāo)值相等的點(diǎn)就代