裴哲义，董存，辛耀中
（国家电力调度通信中心 100031 北京）
摘要：中国具有非常丰富的风能资源，陆上和近海区域10m高度可开发和利用的风能储量约为10亿kW，风能对调整中国能源结构意义重大。随着《可再生能源法》的通过，中国风电进入快速发展阶段。2008 年底，中国风电机组并网运行容量已超过1000万千瓦，连续四年增长超过100%。风电装机比例的快速增加使电网调度运行管理的难度加大，风电输出功率的不确定性使系统调峰、调频、调压和稳定控制已面临越来越大的压力和困难。 关键词: 可再生能源、风电并网、风电调度、调峰、稳定控制 中图分类号：TM614
1引言
中国具有非常丰富的风能资源，据气象部门最新风能资源普查成果统计，中国陆上和近海区域10m高度可开发和利用的风能储量约为10亿kW。发展风电等可再生能源是国家的重大战略决策，对调整我国能源结构意义重大，是我国能源工业的重大战略部署。随着国家支持绿色可再生能源相关政策的陆续出台，“十一五”期间我国风电将呈现出高速发展的势头。
由于输出功率的间歇性和随机性，风电机组难以象火电机组、水电机组那样可以预先调度，因此，其并网容量的不断增加已给电网的安全和经济运行造成诸多不利影响。目前，国内外专家对风电机组联网运行特性和调度管理做了有益的研究，获得了一些有价值的成果[1-9]。但我国风电发展具有自身的独特性，如，单个风电场容量大、分布高度集中，风电需要长距离、高电压输送等。风电装机比例的快速增加意味着电网调度运行管理的难度加大，系统调峰、调频、调压和稳定控制已面临越来越大的压力和困难。
2.中国风电发展概况及调度运行管理现状
根据统计，2005年至2008年，中国风电发展迅猛，连续四年以翻番的速度增长（见图1）。2008年我国新增风电装机容量626万千瓦，排全球第二，占全球新增装机容量的22%。其中，国家电网公司经营区域内新增风电装机容量507万千瓦，占我国新增装机容量的80%，占全球新增装机容量的18%，已经成为全球风电发展最快的区域之一，风电主要分布地区参见图2。
目前，东北和西北部分电网内风电的装机容量已接近或超过其直调容量的5%。若考虑电网实际最小负荷，风电最大出力已超过其电网最小负荷的10%。其中，吉林和黑龙江的风电最大出力已超过
或接近其最小负荷的20%。风电装机比例的快速增加增加了系统调峰、调频、调压和稳定控制的难度。
Fig.1 Accumulated installed capacity each year,1997～2008 根据规划，未来几年，中国风电装机容量还将迅猛增加。2009年底，风电装机容量将达到2000万千瓦左右，2010年达到3000万千瓦。未来，还将建设包括新疆、甘肃、吉林、内蒙古、河北、江苏等在内的7个“千万千瓦级的风电基地”（见图3），其中，甘肃陆地三峡一期516万千瓦风电将于2010年陆续投入运行。大可再生能源基地的建成投产已指日可待。风电的快速发展使得电网风电装机比例快速上升，2009年底，部分电网（如内蒙电网）风电最大出力将可能超过电网最小负荷的25%。
Fig.2 Distribution of installed capacity of wind farms
国家电网公司高度重视风电快速发展给电网带来的挑战，采取积极有效措施适应和引导风电并网。目前，已在风电场接入电网技术规定、风资源集中
地区的风电接纳能力分析等方面做了卓有成效的工作。同时，有关风电调度运行管理规范、风电运行控制技术规定、风电功率预测系统建设等方面的工作也已陆续开展。这些工作在保证系统安全稳定运行的前提下，为风电并网创造了有利条件。
Fig.3 Wind farms with capacity over 10 million kW
目前，国家电网公司对已投运的风电场有三种
调度管理模式；即省调直接调度管理、委托地调调度管理和省地两级调度联合调度管理。各网省调度根据《中华人民共和国电力法》、《电网调度管理条例》、《可再生能源法》和各公司有关规定，制定了针对风电场并网的相关管理办法，保证已投运风电场的安全稳定运行。
Fig.4 Characteristics of wind power output
3.大规模风电并网引发的挑战
风力发电受自然条件影响较大，具有随机性、间歇性和反调峰等特性，对电力系统调峰、调压和稳定运行影响较大，特别是大规模、集中开发和远距离高电压输送，国内外尚没有成熟的经验和理论可借鉴，将给电网的调度运行和管理带来前所未有的挑战。
3.1电力电量平衡和调峰的矛盾日益突出
随着国民经济产业结构的优化调整，人民生活水平的提高，社会用电结构发生了较大变化，电网峰谷差逐步加大。现有以煤电为主的电源结构，调峰能力较差，电网调峰矛盾日益突出。而风电的超常规发展，使电网调峰的矛盾进一步加剧，特别是风电出力的间歇性、不确定性和反调峰特性，要求有大量的发电旋转备用与之相匹配。现有的电源结构不能无条件地满足风电接入和发电的要求，电力电量平衡和调峰的矛盾日益突出。
例如，风电的大规模并网使得东北各电网冬季供热期调峰能力不足的问题逐渐突出。由于相当一部分火电机组承担供热任务，实行“以热定电”的原则。为保证供热温度，低谷期间机组无法减到最低技术出力，高峰时段也无法加到额定出力，机组调峰能力降低。特别是在冬季夜间低负荷、大风时段，风电出力快速增加（见图4），其它非供热机组调峰压力较大。需要说明的是，与欧美等发达国家电源结构不同，中国缺乏可快速调节的燃气、燃油机组（见图5），因而调峰相当困难。
Fig.5 Components of power source in U.S and Germany
3.2电网运行控制难度进一步增加
3.2.1 风电集中开发恶化了局部电网运行环境
风电电源建设布局不合理，多分布在偏远、落后且网架薄弱的地区，市场容量有限，调峰调压手段不足。风电的大规模并网恶化了局部电网运行环境，如甘肃酒泉地区，在“N-1”方式下，引发了输变电设备过载问题，运行控制难度增加，严重影响电网安全稳定性和可靠供电。
受风电出力的随机性和间歇性影响，大容量风电机组接入电网后，易产生区域间联络线潮流超稳定极限运行等问题。此外，大规模风电接入还会给系统带来谐波，引发电能质量问题。
3.2.2无功电压和安全稳定问题突出
目前投运的风电机组基本不具备无功调节能力，大规模风电并网后需要电网配置足够的无功补偿装置，并且需要根据风电机组的出力进行同步调整，增加了运行调度的复杂性。由于风电场无功补偿容量不足且缺乏动态无功补偿装置。正常运行时，电压调整较为困难，容易产生高峰负荷电压偏低和低谷负荷电压偏高的现象。上述问题已陆续在吉林、黑龙江、新疆等多家电网出现。
此外，由于绝大部分并网风电机组不具备故障穿越能力，系统故障导致的电压降低和升高都将引发大量风电机组跳闸，从而造成该地区电压的很大波动。同时，大规模风电退出运行，将带来系统频率和电压的稳定问题，若系统无功储备不足，甚至可能引起局部电压崩溃。
4．对策和重点工作
针对风电迅猛发展，尤其是中国东北、西北电网风电机组大规模投产，应着重做好以下几个方面的工作：
4.1强化专业管理，推进标准化建设
一是加强风电机组入网管理。依照相关规定和准则，规范大规模风电接入系统审批及工程前期审查等环节的工作管理流程，对风电机组涉网参数及运行技术指标，提出统一要求。二是加强调度运行管理。制定调度运行管理规程规定，规范风电场计划、运行和检修管理等调度运行工作， 推进风电调度管理的规范化、制度化和标准化建设。三是加强队伍建设，完善组织机构。成立风电调度运行管理的专门机构并充实风电专业管理人员队伍。健全工作制度和业务规范，促进风电调度管理队伍健康发展；四是加强人员培训和技术交流。着眼于培养适应大可再生能源调度需要的运行人才和技术人才，不断提高风电管理专业人员的工作能力和业务素质，开展不同层次和不同范围的技术合作。 4.2深入研究风电运行规律，确保电网安全稳定运行 一是建立风电运行信息指标体系，规范运行工作，深化运行分析工作；二是加大风电科研课题研究的深度和力度，探索和掌握风电运行规律。
目前，东北网调和中国电科院结合中国风电调度管理现状，已着手开展风电调度管理模式研究；西北网调配合中国电科院研究进行大规模风电并网运行控制技术研究；吉林省调配合中国电科院开展
大功率风电预报预测技术研究。上述工作将陆续于年底前完成。此外，中国电科院和国网电科院正在加快风电和太阳能发电研究与检测中心的建设，上述工作的开展将有力的促进风电调度管理工作的规范化和标准化。
4.3加强沟通，获得政府部门和发电商支持 风电的超常规发展使得风电全额收购的难度越来越大，电网调度面临的压力不断增加，各级调度机构应加强与政府等有关部门的沟通。
一是要与政府部门和发电商在新能源建设、入网以及调度管理运行方面建立长期、有效的沟通机制，以争取各方的理解、认同和支持；二是应加大宣传和服务力度，建立有效的沟通平台，主动为政府有关部门建言献策，规范风电并网运行工作，为发电企业出谋划策，为电网安全运行和充分利用风能资源营造和谐风电调度氛围。
5．结论
针对中风电发展现状，本文详细分析了大规模风电并网带来的技术和管理上的挑战并提出了下一步需要重点解决的问题。基于本文分析总结，在风电的调度运行管理上的结论如下：
1) 加快发展风电等新能源开发是国家基本的能源政策，未来风电等新能源还将以较快的速度发展，电网调度运行将面临更加严峻的形势和挑战。
2) 技术上，要加快风电并网运行控制技术和风电功率预报预测技术的研究并制定相关规定。
3) 管理上，要加快进行风电调度管理模式研究，加强规章制度建设。
4) 政策上，要与各级政府部门、电力监管部门、发电商加强沟通，共同努力，营造和谐风电调度氛围。
5) 最终目标是要实现风电与电网的和谐发展，确保电网稳定运行，充分利用风能资源。
参考文献
[1] 戴慧珠,陈默子,王伟胜,等. 中国风电发展现状及有关
技术服务. 中国电力,2005 ,38 (1) :80-84.
[2] Alexiadis MC，Dokopouos P S，Sabsamanoglou H
S．Wind speed and power forecasting based on correlation models[J]. IEEE Transactions on Energy Conversion，1999，14(3): 836-842 [3] Petm T，Thiringer T．Modeling of wind turbines for power
system studies[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2002，14(4)：l132-1l39
[4] Dai Huizhu，Chen Mozi，Wang Weisheng,，et al．The
status of wind power development and technical supports in china[J]．Electric China，2005，38(1)：80-84
[5] 雷亚洲.与风电并网相关的研究课题. 电力系统自动
化,2003 ,27 (8) :84-89
[6] 迟永宁,王伟胜,刘燕华,等. 大型风电场对电力系统暂
态稳定性的影响. 电力系统自动化,2006 ,30 (15) :10-14.
[7] 迟方德,王锡凡,王秀丽. 风电经分频输电装置接入系统
研究. 电力系统自动化,2008 ,32 (4) :59-63. [8] L.Holdsworth, X.G. Wu,J.B. Ekanayake,et al．Comparison
of Fixed Speed and Doubly Fed Induction Wind Turbines During Power System Disturbances．IEE Proceedings Generation Transmission Distribution 2003，150(3)：343-352
[9] Feijoo A E，Cidras J．Modeling of wind farms in the load
flow analysis[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2002，15(1)：l10—115 ________________________
裴哲义(1963-）男，处长，主要研究方向为水电调度运行、电网调度等
董 存(1973-) 男，高级工程师，主要研究方向为电力系统安全性和稳定性、电网调度等
辛耀中(1959-) 男，副主任，主要研究方向为电力系统运行分析与控制、电网调度等
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容