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摘?要 随着化石性能源价格的飞涨和对于环境关注程度的提升，世界各国政府均对可再生能源利用的研究和应用加大了投入，期望通过多元化的能源消费的降低对化石性能源的依赖。在各种可再生能源发电形式中，风电最具规模开发前景，但其弱点也很明显，即可变性大而可预测性差。本文通过介绍风电并网对电力系统的影响及电力调度的各项功能，体现了电力调度在提高风电运行可靠性中的巨大作用。
关键词 电力调度；风电运行；可靠性
中图分类号 TM73 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0226-02
风能是一种清洁的可再生能源，也是目前可再生能源中技术相对成熟并具规模化开发条件和商业化发展前景的一种能源。在各种可再生能源发电形式中，风电最具规模开发前景，但其弱点也很明显，即可变性大而可预测性差。当风电所占比例不大时，风电出力的变化可由互联电网的相邻电网提供支持，但风电装机超过一定限度后，就只能靠传统的煤电、水电机组补偿其出力的变化。
电力系统经济调度是电力系统经济运行的重要课题，其目标是实时调度发电机组出力，以较少的发电成本保证机组发电与用电负荷之间的平衡。由于风力发电不消耗化石燃料，中国政府制定了可再生能源法限定电网公司必须全数收购所有可再生能源发电。因此，风力发电占全系统装机容量的上升将对我国电力系统的的经济、稳定运行造成重大的影响。本文重点讨论电力调度在风电并网后对提高电网运行可靠性的作用。
1 风电机并网对电力系统的影响
风电产业之所以得到迅速发展，是因为大规模风电机并网具有良好的环境效益和社会效益。具体来说，风电机并网带来的效益主要有：大量减少污染气体的排放；使能源供应多元化，减少对煤炭、石油等化石燃料的依赖；为社会提供绿色、充足的电力支持；风能为可再生能演、永不枯竭；等等。但是，由于风能具有随机性强等特点，因此风电机并网也对电力系统造成了一些影响：
1）风速的波动会引起风电机吸收无功的变化，当系统电压由于风电波动而下降时，机端无功补偿量也会下降，造成无功缺额的增大，进一步恶化电压水平，造成电网崩溃。同时当风电机停机后，风电场的有功输出减少，无功需求也相应减少，系统会失去这部分无功负荷而导致电压水平偏高。为了解决这个问题，目前的变速风电机都能实现无功控制功能，从而提高系统电压的稳定性。
2）当风电场容量在系统中所占比例较大时，其输出功率的随机波动会对电网的频率产生很大的影响。当常规火电机组或调频机组的可调容量较小时，可能会出现备用不足的情况，从而造成较大的频率变化。
3）风电机的一些固有特性，例如风剪切、叶片重力偏差和风速的波动等，会造成风电场的电压波动，进而可以引发电压闪变；当风电机中的电力电子装置设计控制不当时，将会向电网中注入谐波电流，引起电压波形的畸变，对电能质量产生严重的影响。
虽然风电机并网对电力系统有一定的影响，但是随着电力调度的自动化技术以及风电技术的不断完善，各种问题正在逐步得到解决。
2 电力调度自动化的主要功能
电力调度自动化系统采用成熟的计算机技术、网络技术及通讯技术等，符合相关的国际和工业标准。电力调度自动化系统的主要功能包括： 数据采集、信息处理、统计计算、遥控、报警处理、安全管理、实时数据库管理、历史库管理、历史趋势、报表生成与打印、画面编辑与显示、Web浏览、多媒体语音报警、事件顺序记录、事故追忆、调度员培训模拟等。重要节点采用双机热备用，提高系统的可靠性和稳定性。当任一台服务器出现问题时，所有运行在该服务器上的数据自动平滑地切换到另一台服务器上，保证系统正常运行。系统有健全的权限管理功能。能快速、平稳地自动或人工切除系统本身的故障，切除故障时不会影响系统其他正常节点的运行。调度主站是整个调度自动化监控和管理系统的核心，从整体上实现调度自动化的监视和控制，分析电网的运行状态，协调变电站内RTU之间的关系，对整个网络进行有效的管理使整个系统处于最优的运行状态。电力调度自动化系统是监控电网运行的实时系统，具有很高的实时性、安全性和可靠性。
3 电力调度对风电运行可靠性的重要意义
加快开发绿色可再生能源是解决能源与环境问题的重要手段，其中风能是目前最具有开发利用前景和技术最为成熟的一种新型可再生能源。随着风电技术的不断成熟，目前风力发电已经成为世界上发展速度最快的能源类型，正在向着大规模、大容量、产业化的方向发展。中国电力科学研究院通过大量的研究指出，在风电穿透功率不超过8%时，我国电网一般情况下不会出现较大的技术问题，而目前我国能源产业结构中风电的比例还很低，远远低于 1%，因此还有相当大的发展空间。
风电出力的间歇性和波动性特点是导致风电并网及消纳困难的根本原因。要有效解决这一难题，需要从电源结构、电网结构和电网调度运行等方面着手。
我国风电资源主要集中在“三北”（东北、西北、华北北部）地区，其风电并网装机容量占全国风电总装机容量的90%，但该地区以火电为主，且多为供热机组，电源结构单一，互补能力不强，系统调峰、调频资源不足，难以实现大规模风电就地
消纳。
我国生产力水平与包括风电在内的一次能源资源呈逆向分布，这客观上决定了我国能源发展必须走集中开发、大范围资源优化配置的道路。加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，有利于在更大范围内实现大规模风电
消纳。
电网集电能传输、市场交易、优化配置等功能于一体，具有典型的网络特性和显著的规模经济性，且发电、输电和用电必须瞬时平衡，在客观上就要求电网实行统一调度、统一管理、全国联网。风电的大规模接入使得这一要求变得更为迫切。充分发挥我国电网统一调度和管理的优势，实现电网调度一体化，一方面有利于保证电网安全与经济运行，预防类似印度大停电事故的发生；另一方面，也是加快风能等新能源的开发利用、提高电网消纳新能源能力、保障我国新能源产业持续健康快速发展的重要 举措。
综上所述，随着我国风电的不断发展，风电运行的可靠性对风电调度的优化提出了更高的要求。
4 提高电网调度能力的手段
如前文所述，电网调度能力不足是当前约束电网接纳风电的主要瓶颈之一。因此，当前，对如何提高电网的调峰能力正逐步受到关注，主要手段包括：
1）优化电源结构，加大调峰电源建设。我国电源结构以煤电为主且将长期难以改变，“三北”地区的供热机组也占有较大的比重，系统调峰困难；未来我国核电（出于安全等考虑，一般不参与系统调峰）将进入大发展时期，预计2020年将达到8000万kW左右。因此，要促进中国风电大规模发展，提供电网接纳空间，必须优化电源结构，增加调峰电源容量。
2）发展风电储能技术，平滑风电调峰特性。在风电场端口接入大规模分布式储能系统，将低谷风电转化为高峰电能，平滑风电入网曲线，在一定程度上可提高系统的调峰能力。然而，由于我国当前采用电网无条件全额收购风电的政策，各风电场尚无动机对输出进行平滑控制。因此，消纳政策的调整，是大规模发展风电储能技术的一个前提。
3）改进调度模式，实现跨省、跨区平衡。前文所述表明，当前我国的分省平衡的调度模式不利于在区域范围内对风电进行调节。因此，通过改进调度模式，完善联络线指定、调整及考核制度，协调风电和调节电厂之间的利益关系，实现在区域范围内平衡风电，充分利用省间电源结构的互补性，即可提高电网的风电接纳能力。
在跨省乃至跨区通道上平衡的风电调度模式，会引发跨省、跨区间产生较为频繁的实时电力电量交易，将对现行的电网调度及市场交易模式产生较大变化，特别是在目前市场体制尚不健全的情况下，操作实施和电量结算上还有一些具体困难。因此需要认真研究风电在省际间乃至区域间消纳的市场机制和配套的补偿政策，积极引导区域内和区域外市场介入到对风电的平衡与消纳之中。
5 结论
为有效解决我国大规模风电的并网和消纳问题，国家电网公司确立了“建设大基地、融入大电网”的工作思路，加快坚强智能电网建设，加强统一调度和统一管理，充分利用现有的跨省、跨区输送通道，通过全局优化调度，增强系统调峰、调频能力，在大范围内实现风电的并网和消纳，有力支撑风电基地的大规模建设和风电资源的高效利用。因此，电力调度在提高风电运行可靠性上有重大作用。
参考文献
[1]周玮，孙辉，顾宏，马千，陈晓东.计及风险备用约束的含风电场电力系统动态经济调度[J].中国电机工程学报，2012，01.
[2]周任军，姚龙华，童小娇，彭莎，李斯.采用条件风险方法的含风电系统安全经济调度[J].中国电机工程学报，2012，01.
[3]张昭遂，孙元章，李国杰，程林，林今.计及风电功率不确定性的经济调度问题求解方法[J].电力系统自动化，2011，22.
[4]周任军，彭莎，李斯，姚龙华，黄灵资.基于CVaR的风电场并网容量优化计算[J].中国电力，2011，06.
关键词 电力调度；风电运行；可靠性
中图分类号 TM73 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0226-02
风能是一种清洁的可再生能源，也是目前可再生能源中技术相对成熟并具规模化开发条件和商业化发展前景的一种能源。在各种可再生能源发电形式中，风电最具规模开发前景，但其弱点也很明显，即可变性大而可预测性差。当风电所占比例不大时，风电出力的变化可由互联电网的相邻电网提供支持，但风电装机超过一定限度后，就只能靠传统的煤电、水电机组补偿其出力的变化。
电力系统经济调度是电力系统经济运行的重要课题，其目标是实时调度发电机组出力，以较少的发电成本保证机组发电与用电负荷之间的平衡。由于风力发电不消耗化石燃料，中国政府制定了可再生能源法限定电网公司必须全数收购所有可再生能源发电。因此，风力发电占全系统装机容量的上升将对我国电力系统的的经济、稳定运行造成重大的影响。本文重点讨论电力调度在风电并网后对提高电网运行可靠性的作用。
1 风电机并网对电力系统的影响
风电产业之所以得到迅速发展，是因为大规模风电机并网具有良好的环境效益和社会效益。具体来说，风电机并网带来的效益主要有：大量减少污染气体的排放；使能源供应多元化，减少对煤炭、石油等化石燃料的依赖；为社会提供绿色、充足的电力支持；风能为可再生能演、永不枯竭；等等。但是，由于风能具有随机性强等特点，因此风电机并网也对电力系统造成了一些影响：
1）风速的波动会引起风电机吸收无功的变化，当系统电压由于风电波动而下降时，机端无功补偿量也会下降，造成无功缺额的增大，进一步恶化电压水平，造成电网崩溃。同时当风电机停机后，风电场的有功输出减少，无功需求也相应减少，系统会失去这部分无功负荷而导致电压水平偏高。为了解决这个问题，目前的变速风电机都能实现无功控制功能，从而提高系统电压的稳定性。
2）当风电场容量在系统中所占比例较大时，其输出功率的随机波动会对电网的频率产生很大的影响。当常规火电机组或调频机组的可调容量较小时，可能会出现备用不足的情况，从而造成较大的频率变化。
3）风电机的一些固有特性，例如风剪切、叶片重力偏差和风速的波动等，会造成风电场的电压波动，进而可以引发电压闪变；当风电机中的电力电子装置设计控制不当时，将会向电网中注入谐波电流，引起电压波形的畸变，对电能质量产生严重的影响。
虽然风电机并网对电力系统有一定的影响，但是随着电力调度的自动化技术以及风电技术的不断完善，各种问题正在逐步得到解决。
2 电力调度自动化的主要功能
电力调度自动化系统采用成熟的计算机技术、网络技术及通讯技术等，符合相关的国际和工业标准。电力调度自动化系统的主要功能包括： 数据采集、信息处理、统计计算、遥控、报警处理、安全管理、实时数据库管理、历史库管理、历史趋势、报表生成与打印、画面编辑与显示、Web浏览、多媒体语音报警、事件顺序记录、事故追忆、调度员培训模拟等。重要节点采用双机热备用，提高系统的可靠性和稳定性。当任一台服务器出现问题时，所有运行在该服务器上的数据自动平滑地切换到另一台服务器上，保证系统正常运行。系统有健全的权限管理功能。能快速、平稳地自动或人工切除系统本身的故障，切除故障时不会影响系统其他正常节点的运行。调度主站是整个调度自动化监控和管理系统的核心，从整体上实现调度自动化的监视和控制，分析电网的运行状态，协调变电站内RTU之间的关系，对整个网络进行有效的管理使整个系统处于最优的运行状态。电力调度自动化系统是监控电网运行的实时系统，具有很高的实时性、安全性和可靠性。
3 电力调度对风电运行可靠性的重要意义
加快开发绿色可再生能源是解决能源与环境问题的重要手段，其中风能是目前最具有开发利用前景和技术最为成熟的一种新型可再生能源。随着风电技术的不断成熟，目前风力发电已经成为世界上发展速度最快的能源类型，正在向着大规模、大容量、产业化的方向发展。中国电力科学研究院通过大量的研究指出，在风电穿透功率不超过8%时，我国电网一般情况下不会出现较大的技术问题，而目前我国能源产业结构中风电的比例还很低，远远低于 1%，因此还有相当大的发展空间。
风电出力的间歇性和波动性特点是导致风电并网及消纳困难的根本原因。要有效解决这一难题，需要从电源结构、电网结构和电网调度运行等方面着手。
我国风电资源主要集中在“三北”（东北、西北、华北北部）地区，其风电并网装机容量占全国风电总装机容量的90%，但该地区以火电为主，且多为供热机组，电源结构单一，互补能力不强，系统调峰、调频资源不足，难以实现大规模风电就地
消纳。
我国生产力水平与包括风电在内的一次能源资源呈逆向分布，这客观上决定了我国能源发展必须走集中开发、大范围资源优化配置的道路。加快建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，有利于在更大范围内实现大规模风电
消纳。
电网集电能传输、市场交易、优化配置等功能于一体，具有典型的网络特性和显著的规模经济性，且发电、输电和用电必须瞬时平衡，在客观上就要求电网实行统一调度、统一管理、全国联网。风电的大规模接入使得这一要求变得更为迫切。充分发挥我国电网统一调度和管理的优势，实现电网调度一体化，一方面有利于保证电网安全与经济运行，预防类似印度大停电事故的发生；另一方面，也是加快风能等新能源的开发利用、提高电网消纳新能源能力、保障我国新能源产业持续健康快速发展的重要 举措。
综上所述，随着我国风电的不断发展，风电运行的可靠性对风电调度的优化提出了更高的要求。
4 提高电网调度能力的手段
如前文所述，电网调度能力不足是当前约束电网接纳风电的主要瓶颈之一。因此，当前，对如何提高电网的调峰能力正逐步受到关注，主要手段包括：
1）优化电源结构，加大调峰电源建设。我国电源结构以煤电为主且将长期难以改变，“三北”地区的供热机组也占有较大的比重，系统调峰困难；未来我国核电（出于安全等考虑，一般不参与系统调峰）将进入大发展时期，预计2020年将达到8000万kW左右。因此，要促进中国风电大规模发展，提供电网接纳空间，必须优化电源结构，增加调峰电源容量。
2）发展风电储能技术，平滑风电调峰特性。在风电场端口接入大规模分布式储能系统，将低谷风电转化为高峰电能，平滑风电入网曲线，在一定程度上可提高系统的调峰能力。然而，由于我国当前采用电网无条件全额收购风电的政策，各风电场尚无动机对输出进行平滑控制。因此，消纳政策的调整，是大规模发展风电储能技术的一个前提。
3）改进调度模式，实现跨省、跨区平衡。前文所述表明，当前我国的分省平衡的调度模式不利于在区域范围内对风电进行调节。因此，通过改进调度模式，完善联络线指定、调整及考核制度，协调风电和调节电厂之间的利益关系，实现在区域范围内平衡风电，充分利用省间电源结构的互补性，即可提高电网的风电接纳能力。
在跨省乃至跨区通道上平衡的风电调度模式，会引发跨省、跨区间产生较为频繁的实时电力电量交易，将对现行的电网调度及市场交易模式产生较大变化，特别是在目前市场体制尚不健全的情况下，操作实施和电量结算上还有一些具体困难。因此需要认真研究风电在省际间乃至区域间消纳的市场机制和配套的补偿政策，积极引导区域内和区域外市场介入到对风电的平衡与消纳之中。
5 结论
为有效解决我国大规模风电的并网和消纳问题，国家电网公司确立了“建设大基地、融入大电网”的工作思路，加快坚强智能电网建设，加强统一调度和统一管理，充分利用现有的跨省、跨区输送通道，通过全局优化调度，增强系统调峰、调频能力，在大范围内实现风电的并网和消纳，有力支撑风电基地的大规模建设和风电资源的高效利用。因此，电力调度在提高风电运行可靠性上有重大作用。
参考文献
[1]周玮，孙辉，顾宏，马千，陈晓东.计及风险备用约束的含风电场电力系统动态经济调度[J].中国电机工程学报，2012，01.
[2]周任军，姚龙华，童小娇，彭莎，李斯.采用条件风险方法的含风电系统安全经济调度[J].中国电机工程学报，2012，01.
[3]张昭遂，孙元章，李国杰，程林，林今.计及风电功率不确定性的经济调度问题求解方法[J].电力系统自动化，2011，22.
[4]周任军，彭莎，李斯，姚龙华，黄灵资.基于CVaR的风电场并网容量优化计算[J].中国电力，2011，06.