基于分段电价的跨区风电消纳
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）、国家电网公司华中分部的研究人员舒康安、张昌等，在2017年《电工技术学报》上撰文指出，大规模风电跨区输送越来越频繁,加大了受端区域电力系统的调节压力,严重影响了风电的消纳能力。
针对这一问题,提出一种基于分段电价的风电消纳方法。该方法以电网公司购电总费用最小为目标,考虑火电和抽蓄各自参与风电消纳的边际成本效益,并通过对风电不同电量部分施行分段电价,使得电网公司、风电厂、火电厂和抽蓄电站等多个主体之间利益均衡,增加系统对风电的消纳,同时从理论上证明该方法与弃风惩罚方法原理上的等效性。
仿真算例验证了该方法的有效性。仿真结果表明该方法能够显著减少弃风,在不降低电网企业利益的同时,提高火电和抽蓄电站参与风电消纳的积极性,增加风电企业的收益。
随着化石能源的日渐枯竭及环境污染问题的日益加剧，可再生清洁能源得到了大规模的发展，其中风电资源丰富、分布广泛，发展更为迅速。随着风电在电力系统中的渗透率不断增加，风电所具有的波动性和不确定性给电力系统带来了越来越大的影响，使得电力系统往往需要借助其他机组辅助消纳风电，当系统调节能力不足时，更会导致弃风限电等现象发生：2016 年第一季度我国弃风 192 亿 kW·h，平均弃风率 26%，其中甘肃、吉林、宁夏和新疆弃风为严重，弃风率分别高达48%、53%、35%和49%[1]。
目前，众多学者已开展了关于风电消纳问题的研究[2-10]。文献[2]分析了发展新能源供暖和电动汽车等措施增加风电消纳的有效性，并通过分析甘肃酒泉风场弃风原因提出了远近结合缓解风电弃风问题的观点；
文献[3]提出在电网调峰困难时允许少量弃风能够提高风电接纳能力；文献[4]提出在现有电源结构的情况下，可以利用合理弃风提高大规模风电消纳能力，并从风电反调峰角度论证了合理弃风的必要性和可行性；
文献[5]提出将柔性负荷作为调峰资源消纳风电。文献[11-19]研究了储能，尤其是抽水蓄能电站，辅助风电消纳的可行性。但针对抽水蓄能电站辅助风电消纳、减少弃风的可行性研究，大多没有考虑到抽水蓄能电站在调峰时的抽发电量损耗会造成电网公司购电成本的上升，而风电企业跨区送电时没有承担其应有的调峰义务，绝大多数调峰压力由受端区域的火电机组承受，进一步导致在跨省区辅助服务机制建立起来前电网公司调峰消纳风电的积极性下降，更不愿意调用抽水蓄能电站进行调峰协助消纳强反调峰特性的风电[20]。
鉴于此，本文首先阐述了现有经济调度模型中利用弃风惩罚促进风电消纳方法的原理，分析了弃风惩罚系数大小对风电消纳效果的影响，及该方法存在的问题。针对这些问题，提出了一种基于分段电价的风电消纳方法，该方法以电网公司购电总费用小为目标，考虑火电和抽蓄各自参与风电消纳的边际成本效益，并通过对风电不同电量部分施行分段电价，使得多主体利益均衡，增加系统对风电的消纳，同时从理论上给出该方法与弃风惩罚方法原理上等效性的证明。
结论
风电大规模跨省区输送给受端区域带来了很大的调峰压力，风电企业没有承担其应有的调峰责任，导致受端区域提供调峰服务的抽蓄电站与火电机组得不到补偿乃至亏损而不再调峰，风电企业也要承受弃风限电的损失。
本文分析弃风惩罚促进风电消纳的原理，针对弃风惩罚存在的问题，提出风电分段电价机制，从理论上给出该方法与弃风惩罚方法原理上的等效性。后利用仿真验证了所提方法的有效性。
主要结论有：1）所提风电分段电价方法可以合理地将风电按调峰成本分段，并根据边际消纳成本给出优定价。2）相比于风电单一电价，风电分段电价能够有效促进风电消纳，提高风电企业合理收入。3）相比于弃风惩罚模式，风电分段电价能够促使风电企业承担其调峰责任，补偿提供调峰辅助服务的火电与抽蓄机组，提高火电与抽蓄机组的调峰积极性。
图1 风电出力按消纳难度分段示意图