寧夏地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)出力特性分析

韓寶云，楊中其，林恒，羅芳，王耀賢

（寧夏新能源研究院（有限公司）， 寧夏 銀川 750021）

寧夏地區(qū)風(fēng)電場(chǎng)出力特性分析

韓寶云，楊中其，林恒，羅芳，王耀賢

（寧夏新能源研究院（有限公司）， 寧夏 銀川 750021）

本文根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)出力的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析了寧夏地區(qū)單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)和多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)組成的風(fēng)電場(chǎng)群出力的特性及風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)寧夏地區(qū)5個(gè)已運(yùn)行的單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得出了相關(guān)結(jié)論。

風(fēng)電場(chǎng)；風(fēng)電場(chǎng)群；出力特性

0 引言

寧夏地處西北內(nèi)陸地區(qū)，屬大陸性溫帶季風(fēng)氣候區(qū)。據(jù)測(cè)算，寧夏風(fēng)能資源總儲(chǔ)量約為22530MW，適宜風(fēng)電開(kāi)發(fā)的風(fēng)能資源儲(chǔ)量約達(dá)12140MW。風(fēng)能資源豐富區(qū)分布在賀蘭山南端東側(cè)開(kāi)闊區(qū)域、賀蘭山與桌子山之間的狹窄地帶、青龍山與羅山之間的狹窄地帶，年平均風(fēng)功率密度為150W/m2– 200W/m2，年平均風(fēng)速為5.8m/s– 7.0m/s，完全適于開(kāi)發(fā)風(fēng)電項(xiàng)目。

截至2012年年底，全區(qū)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量已突破2560MW，先后建成了賀蘭山風(fēng)電場(chǎng)、太陽(yáng)山風(fēng)電場(chǎng)、麻黃山風(fēng)電場(chǎng)、長(zhǎng)山頭風(fēng)電場(chǎng)、青銅峽風(fēng)電場(chǎng)等風(fēng)電項(xiàng)目。

隨著風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的增加，風(fēng)力發(fā)電被越來(lái)越多的人了解和熟悉。然而，對(duì)風(fēng)電的快速發(fā)展也有不同的聲音。反對(duì)者認(rèn)為風(fēng)電是間歇性的能源，風(fēng)能在本質(zhì)上不可靠，大量的風(fēng)電上網(wǎng)將給電網(wǎng)安全帶來(lái)巨大的隱患。其實(shí)這只是一種誤解，只有把風(fēng)能資源的不穩(wěn)定性放到整個(gè)電力系統(tǒng)的背景下考慮才有意義，而不是針對(duì)某一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)或某臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。風(fēng)雖然不會(huì)一直吹，但是在一定的區(qū)域內(nèi)，一個(gè)地方的風(fēng)停了，對(duì)整個(gè)區(qū)域影響并不大。因此，盡管某一個(gè)地方并不是一直有風(fēng)，但整體而言仍然可以利用風(fēng)能發(fā)出可靠的電力。對(duì)于整體的電力供應(yīng)而言，某臺(tái)風(fēng)電機(jī)組或某個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)停之后不會(huì)產(chǎn)生很大的影響[1]。本文對(duì)寧夏地區(qū)已運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的出力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)及整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群的負(fù)荷特性。

1 研究對(duì)象及數(shù)據(jù)來(lái)源

為了保證數(shù)據(jù)分析的客觀有效，我們選取了寧夏地區(qū)部分已運(yùn)行風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行的負(fù)荷數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)為2010年11月1日至2011年10月31日的5分鐘平均值。并將5個(gè)風(fēng)電場(chǎng)作為一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群整體統(tǒng)計(jì)分析研究，找出其負(fù)荷特點(diǎn)和單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)之間的異同。各風(fēng)電場(chǎng)信息見(jiàn)表1。

表1 各風(fēng)電場(chǎng)信息表

表2 各風(fēng)電場(chǎng)之間直線距離（km）

表3 風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷相關(guān)系數(shù)表

表4 風(fēng)電場(chǎng)2011年4月（大風(fēng)月）5分鐘平均負(fù)荷相關(guān)系數(shù)表

表5 風(fēng)電場(chǎng)2011年9月（小風(fēng)月）5分鐘平均負(fù)荷相關(guān)系數(shù)表

2 風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷相關(guān)性

對(duì)A、C、D、B和E風(fēng)電場(chǎng)一個(gè)完整年的負(fù)荷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出各風(fēng)電場(chǎng)不同時(shí)間尺度下平均負(fù)荷的相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如表2所示。可以看出，C、B和A風(fēng)電場(chǎng)之間相關(guān)性較好；A和D之間相關(guān)性較差；E與D相關(guān)性較差。

風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷相關(guān)系數(shù)如表3所示。表4、表5分別為各風(fēng)電場(chǎng)2011年4月份、9月份5分鐘平均負(fù)荷相關(guān)系數(shù)。由表4可見(jiàn)，在大風(fēng)天較多的月份（4月），風(fēng)電場(chǎng)之間負(fù)荷相關(guān)性較好；由表5可見(jiàn)，在小風(fēng)天較多的月份（9月），風(fēng)電場(chǎng)之間負(fù)荷相關(guān)性較差，這與各區(qū)域風(fēng)速的相關(guān)性一致。

3 風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷趨勢(shì)

圖1為各風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電場(chǎng)群月平均負(fù)荷率曲線圖。由圖1可見(jiàn)，不同風(fēng)電場(chǎng)月平均負(fù)荷變化趨勢(shì)相近，風(fēng)電場(chǎng)群月平均負(fù)荷與單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)月平均負(fù)荷變化趨勢(shì)相似，但是風(fēng)電場(chǎng)群負(fù)荷曲線較為平滑，沒(méi)有單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷變化率大，其月平均負(fù)荷率既不如E風(fēng)電場(chǎng)那么高，也不像D風(fēng)電場(chǎng)那么低，而是位于兩者之間[2]。

圖2為各風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電場(chǎng)群2010年11月日平均負(fù)荷率曲線圖。由圖可見(jiàn)，不同風(fēng)電場(chǎng)日負(fù)荷變化趨勢(shì)相近，但是變化幅度差別較大；風(fēng)電場(chǎng)群日平均負(fù)荷與單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)日平均負(fù)荷變化趨勢(shì)相似，但是風(fēng)電場(chǎng)群負(fù)荷曲線略為平滑。

由于風(fēng)資源的變化，單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)在風(fēng)能資源豐富時(shí)段，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)數(shù)天風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷較大（如E風(fēng)電場(chǎng)2011年9月份，見(jiàn)圖3）；而在風(fēng)能資源匱乏時(shí)，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)數(shù)天負(fù)荷小于5%額定負(fù)荷，個(gè)別日平均負(fù)荷率接近于0（如D風(fēng)電場(chǎng)2011年1月份，見(jiàn)圖4）。

圖1 各風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電場(chǎng)群月平均負(fù)荷率曲線圖

圖2 各風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電場(chǎng)群2010年11月日平均負(fù)荷率曲線圖

4 風(fēng)電場(chǎng)負(fù)荷變化特點(diǎn)

圖3 E風(fēng)電場(chǎng)2011年9月平均負(fù)荷率曲線圖

從表6和表7可以看出，單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷變化率在0–1%額定負(fù)荷范圍內(nèi)的變化率出現(xiàn)頻率最大。其中，D風(fēng)電場(chǎng)在此范圍內(nèi)的負(fù)荷變化率占了77.39%，最小的E風(fēng)電場(chǎng)在此范圍內(nèi)負(fù)荷變化率占了57.15%。10%以上額定負(fù)荷范圍內(nèi)的變化率出現(xiàn)頻率極小。其中，D風(fēng)電場(chǎng)為0.91%，C風(fēng)電場(chǎng)為0.96%，E風(fēng)電場(chǎng)為1.03%，B風(fēng)電場(chǎng)為1.07%，A風(fēng)電場(chǎng)為0.61%。

同樣，風(fēng)電場(chǎng)群相鄰5分鐘負(fù)荷的變化率也主要集中在0－1%額定負(fù)荷，頻次為74.04%，變化率在10%額定負(fù)荷以上累計(jì)頻次僅為0.06%。也就是說(shuō)，相鄰5分鐘內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)群負(fù)荷變化很小。

由表7可以看出，由于地理分散效應(yīng)，風(fēng)電場(chǎng)群5分鐘平均負(fù)荷變化

率為0.771%，低于單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷變化率的平均值1.3%。

表6 風(fēng)電場(chǎng)群及各風(fēng)電場(chǎng)不同時(shí)間尺度平均負(fù)荷變化率平均值（%）

表7 風(fēng)電場(chǎng)群及各風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷變化率頻次表

表8 風(fēng)電場(chǎng)群平均負(fù)荷

圖4 D風(fēng)電場(chǎng)2011年1月平均負(fù)荷率曲線圖

5 風(fēng)電場(chǎng)群平均負(fù)荷

由表8可見(jiàn)，風(fēng)電場(chǎng)群不同時(shí)間尺度的平均負(fù)荷都在110MW以上。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)寧夏地區(qū)5個(gè)已運(yùn)行單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)5分鐘平均負(fù)荷數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的負(fù)荷特性取決于當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源的特性 ，但是由于風(fēng)電機(jī)組分散布置（相對(duì)于火電機(jī)組）和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及機(jī)組性能的影響，風(fēng)電場(chǎng)的負(fù)荷特性和風(fēng)資源的特性并非完全一致[3]；

（2）風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速每個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)從零風(fēng)速到額定風(fēng)速之間變化的現(xiàn)象，單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速變化波動(dòng)幅值較大，造成風(fēng)電機(jī)組負(fù)荷會(huì)從接近零負(fù)荷到額定負(fù)荷之間變化。對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)群而言，零負(fù)荷也會(huì)出現(xiàn)，但是已經(jīng)較單個(gè)風(fēng)電場(chǎng)有了較大的改善，零負(fù)荷時(shí)間大幅度減少[4]；

（3）在整個(gè)區(qū)域內(nèi)全區(qū)性的大風(fēng)天氣時(shí)，從西至東方向的風(fēng)速具有連貫性，風(fēng)電場(chǎng)的負(fù)荷沿風(fēng)通道呈現(xiàn)時(shí)間上的滯后性，風(fēng)電場(chǎng)群的負(fù)荷具有很好的可預(yù)測(cè)性。而在小風(fēng)天氣時(shí)段，區(qū)域內(nèi)不同風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)速的變化互不相關(guān)，風(fēng)電場(chǎng)群負(fù)荷表現(xiàn)出很好的互補(bǔ)性。區(qū)域內(nèi)的風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)資源以小風(fēng)占主導(dǎo)地位；

（4）風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組，在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和有功功率控制策略的作用下，可以有效平抑秒級(jí)時(shí)間尺度的有功負(fù)荷波動(dòng)；另一方面，風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)不同的風(fēng)電機(jī)組由于風(fēng)速波動(dòng)的隨機(jī)性和風(fēng)峰、風(fēng)谷到達(dá)時(shí)間不同，存在一定的互補(bǔ)性，可以抑制數(shù)分鐘以下時(shí)間尺度的有功負(fù)荷波動(dòng)；

（5）由于風(fēng)電場(chǎng)之間的地理分散效應(yīng)，不同位置風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)峰和風(fēng)谷到達(dá)時(shí)間不同，最大負(fù)荷變化率出現(xiàn)的時(shí)刻也不同，從而實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，降低了整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)群的負(fù)荷變化率；

（6）風(fēng)電場(chǎng)群負(fù)荷存在明顯的互補(bǔ)性，并且隨著風(fēng)電場(chǎng)群裝機(jī)規(guī)模的增加，風(fēng)電負(fù)荷的互補(bǔ)性增強(qiáng)，風(fēng)電資源大規(guī)模集中開(kāi)發(fā)不僅具有明顯的規(guī)模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，還能夠有效降低風(fēng)電負(fù)荷變化率，有利于緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻的矛盾。

[1]鮑愛(ài)霞. 大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)容量可行度的分析及對(duì)華東電網(wǎng)備用的影響[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2009(29):34-38.

[2]肖創(chuàng)英, 汪寧渤,等. 甘肅酒泉風(fēng)電功率調(diào)節(jié)方式的研究[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2010(10):1-7.

[3]歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì).中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì), 全球風(fēng)能理事會(huì)譯.歐洲大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)研究:分析、問(wèn)題和建議[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2010.

[4]郭辰.風(fēng)電場(chǎng)平均風(fēng)速變化對(duì)利用小時(shí)數(shù)的影響研究[J].風(fēng)能,2012(7):50-59.

Wind Farm Output Characteristics of Ningxia Region

Han Baoyun, Yang Zhongqi, Lin Heng, Luo Fang, Wang Yaoxian
（Ningxia Institute of New Energy Co., Ltd., Yinchuan Ningxia 750021, China）

With the wind farm output data, this paper analyzed the output characteristics of single wind farm and a number of wind farms of Ningxia region. ftrough the statistical analysis of 5 minutes on average load data of 5 single wind farms which has been operated for years, this paper drew the relevant conclusions.

wind farm; wind farm groups; output characteristics

TM614

A

1674-9219(2013)10-0064-05

2013-08-21。

韓寶云（1977-），男，碩士，工程師，主要從事風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量、評(píng)估及相關(guān)技術(shù)工作。