舒印彪等：新能源消纳关键因素分析及解决措施研究

2.2 新能源消纳关键因素理论分析

对于内部无网络约束的系统,新能源消纳只需满足发、用电动态平衡和系统调节能力下限约束,“负荷+联络线外送功率”曲线与系统调节能力下限之间的系统调节空间,即理论上的新能源最大消纳空间,如图4所示。

系统t时刻最大可消纳新能源电力Pa(t)满足 式(1)：

式中：Pl(t)为t时刻的负荷功率;Pt(t)为t时刻的联络线外送功率,送出为正;Pg,i,max为系统内第i台常规机组的最大技术出力;Pg,i,min为系统内第i台常规机组的最小技术出力;I为系统中所有常规机组的台数;βi是第i台机组的调峰深度;β为系统内常规机组的平均调峰深度。

其中,联络线功率必须满足通道能力的约束：

式中Pt,max(t)、Pt,min(t)是联络线在t时刻输送功率的最大值限制和最小值限制。

系统中常规机组的开机最大技术出力之和应该大于负荷和计划外送电力之和的最大值,并留有一定容量的正备用,如下式所示。

式中：R+为考虑新能源参与平衡后的正备用容量;Pt,plan(t)为联络线计划外送功率。

由式(1)和(4),从增加新能源消纳角度,在满足平衡备用要求的前提下,应该尽量降低R+,减少常规电源开机总量,安排调峰能力强的机组运行,增加系统向下的调节能力。

系统新能源消纳电量空间为最大可消纳新能源电力的积分：

定义负荷率λ为一个开机周期T内平均负荷与最大负荷的比率：

式中El为负荷电量。电网的负荷峰谷差越大,负荷率越小。需求侧响应的作用也可以实现削峰填谷,减小峰谷差,提高负荷率。

孤立系统中,Pt(t)为0,新能源消纳电量空间为：

正备用R+的安排是运行控制因素,一般依据相关标准规定,在保证安全的基础上已经将R+优化至最小。从系统条件来看,孤立系统中新能源消纳主要由电源总体调节性能β、负荷电量El及负荷率λ决定。电源调节性能越好、负荷电量越高、峰谷差越小,新能源理论消纳空间越大。

电网互联后,新能源消纳电量空间为：

式中Et,A为电网互联增加的新能源消纳空间。实际电网中,计划外送电力通常安排参与调峰,送电高峰与负荷高峰时段重合,Et,A可表示为：

由式(9),减少常规电源计划外送电力,根据新能源出力灵活安排外送,能够最大程度利用通道容量,增加新能源消纳空间。电网互联互通为实现调节能力的全局配置提供了物理支撑。

从体制机制上,新能源电力灵活外送需要配套建立跨区跨省交易和辅助服务市场机制,解除省间交易壁垒,调动调峰服务积极性。对于完全按照计划外送电力的情况,外送电力的作用等效于增加负荷,新能源消纳电量空间满足式(10)。

式中：Et,D为计划外送电量,送出为正;λl+D为“负荷+联络线外送功率”等效负荷的负荷率。

综上,从系统条件来看,电源调节性能(最大技术出力、最小技术出力)、电网互联互通(联络线外送能力)、负荷规模及峰谷差,是影响新能源消纳的几个关键因素。