摘要：随着新能源并网容量的不断增加，新能源消纳矛盾日渐突出，跨区直流的应用有利于在更大范围内消纳新能源。目前，直流外送交易模式分为中长期外送交易和富余可再生能源跨区现货交易2种，为了研究这2种不同外送模式对新能源消纳的影响，在新能源消纳时序仿真模型基础上，建立了考虑中长期外送交易和可再生能源跨区现货交易2种交易模式的新能源消纳模型，利用该模型分析了不同交易模式对新能源弃电率、外送中的新能源成分、新能源发电量占总发电量比例、直流利用时长等指标的影响。
关键词：跨区直流外送模式;新能源的消纳
能源是经济与社会可持续发展的基础，是人类生产与生活不可缺少的动力保障。随着能源安全、生态环境、气候变化等问题日益突出，加快发展新能源已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动
1.新能源消纳问题机理分析
1.1新能源参与下的时变电力系统平衡调节问题
电力系统的发、供、用同时完成。电力负荷呈现明显的时变特点，目前我国区域电网峰谷差已达30%左右，并呈逐步扩大的趋势。系统平衡的原则是调节常规电源出力跟踪负荷变化，保持动态平衡。电力系统平稳运行的一个基本条件是系统调节能力必须大于负荷的变化。由于风、光的资源特性，新能源出力存在随机性和波动性。风电日波动最大幅度可达装机容量的80%，且呈现一定的反调峰特性。光伏发电受昼夜变化、天气变化、移动云层的影响，同样存在间歇性和波动性。新能源高比例接入電力系统后，增加了系统调节的负担，常规电源不仅要跟随负荷变化，还需要平衡新能源的出力波动。新能源出力超过系统调节范围时，必须控制出力以保证系统动态平衡，就会产生弃风、弃光。新能源消纳问题与系统调节能力密切相关。
在一定规模的电力系统中，系统调节能力主要由电源调节性能决定，与电源结构相关。不同类型电源的调峰深度有很大差异。核电机组通常作为基荷运行，较少参与系统调节。凝汽燃煤机组和供热火电机组调节性能较差。燃气、抽水蓄能、水电等电源能够快速启停、大幅调节，灵活参与平衡。我国电源结构以火电为主，电源总体调节性能主要取决于火电调峰深度和灵活调节电源比例。
1.2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，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，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。
2.直流外送模式对新能源消纳的影响
利用建立的考虑外送的新能源消纳理论模型，建立一个仅包含一个送端和一个受端的典型系统，对其一年的数据进行时序仿真，负荷数据分别采用送、受端省2017年的实际负荷数据，按照最大负荷的比例进行等比例换算。风电、光伏数据采用实际数据进行处理后获取通过改变直流外送中中长期外送和跨区现货交易的占比，研究这2种不同外送模式对新能源弃电率、外送中的新能源成分、直流运行经济性等指标的影响。典型系统参数如下：送端电网最大负荷为10GW，负荷率为90%，上备用率为5%，常规机组调峰率为40%，新能源装机为6GW，风电占比为60%，光伏占比为40%;受端电网最大负荷为10GW，负荷率为85%，上备用率为5%，常规机组调峰率为50%;直流输送能力为4GW，配套火电为5GW（调峰率为40%），配套风电为2GW，配套光伏为2GW。
2.1中长期外送交易的影响
中长期外送电力曲线采取典型的单峰运行曲线，即午间光伏大发时段（08：00—20：00）高峰运行，其余时段调峰70%运行，配套火电开机方式由中长期外送高峰电力确定，上备用率与送端系统一致，取5%，不同的中长期外送交易电力对弃电率的影响表现为中长期外送交易电力越大，弃电率越小。在本例中，中长期外送交易电力每增加1GW，弃电率减小约3%。但是，中长期外送交易无法只送新能源，也无法通过增加中长期外送交易来提升新能源发电量占总发电量的比例，同时，随着中长期外送交易增大，外送中新能源比例进一步减小，新能源发电量占总发电量的比例也会逐渐降低，其原因是为保证中长期外送交易的执行，送端电网需增开配套火电机组，增加了送端电网常规机组最小技术出力。中长期外送交易电量的本质等同于增加送端负荷，虽然无法通过中长期外送来增加总发电量中的新能源占比，但是因为中长期外送的存在，送端电网的新能源装机规模及新能源发电量可以得到明显提升，对新能源消纳本身也是有着积极的意义。
2.2 跨区现货交易的影响
若不安排任何中长期外送交易，而是在实时运行中根据送端电网需求和受端电网能力安排跨区现货交易，此时直流外送中的所有成分都是新能源，不同跨区现货交易电力对弃电率的影响表现为跨区现货交易越大，弃电率越小，并且他们之间的关系是非线性的，随着跨区现货交易电力的增大，弃电率减小的速度变慢。跨区现货电力在0至1.5GW时，跨区现货交易电力每增加0.5GW，弃电率减小约6%;跨区现货交易在1.5GW至2.5GW时，跨区现货交易电力每增加0.5GW，弃电率减小约3%。跨区现货交易与新能源弃电率之间的非线性关系可以用新能源出力的统计特性解释：随着新能源出力的增大，其出现的概率逐渐减小，因此，随着新能源消纳空间增大，弃电量会逐渐减小，弃电率减小的速度会变慢。中长期外送交易与弃电率的非线性关系不明显，是因为弃电率的变化区间较小，呈现了局部线性化，在更大的变化区间内，中长期外送交易与弃电率也呈现非线性关系。
2.3 直流外送中新能源成分的提升
目前，各受端电网在签订跨区外送合同时，往往提出更高的新能源比例要求，从前文的分析中可以看出，直流外送中的新能源最高占比不可能达到100%，甚至在考虑了直流利用时长后，直流外送中的新能源比例在20%～40%，如何提高直流外送中的新能源成分变成了签订跨区外送合同时的一个热点问题。对电网而言，负荷主要由用户行为决定，除了部分可中断负荷外，负荷特性改变较难，而火电机组调峰率和备用率相对容易改变，对于该典型系统，在安排4GW中长期外送交易的条件下，分别改变配套火电调峰率和送端电网备用率，可以得到它们对外送中的新能源成分的影响，
3.结论
我国新能源以集中式开发为主，主要布局在西部北部地区，本地市场消纳空间有限，灵活调峰电源、火电调峰能力均严重不足，电网跨区输送能力不够，市场机制尚不完善，是造成当前新能源消纳矛盾的主要原因。要破解新能源发展难题，需要从电源、电网、用户、市场等多个环节入手，多措并举、综合施策。
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