文章编号:1006—2610(2019)02—0001—06
青海光伏与风力发电出力特性研究
田 旭1，姬生才2，张 娉2，白左霞1，黄存强1
(1.国网青海省电力公司经济技术研究院，西宁 810008;
2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)
摘 要：光伏、风力发电出力具有间歇性、波动性和随机性等不稳定特点，为更好掌握风光发电出力特性，从年际、年、月、日时间尺度提出了风光发电出力特性指标体系及互补性指标，并对青海省2014—2016年已建单个风光电站出力过程进行了特性分析。结果表明：受风资源情况及风电出力间歇性等影响，青海省风电的年、月、日发电量变化幅度显著大于光伏电站，而且风光电之间发电出力具有一定的互补性，为电力系统接入大规模风光电后稳定运行提供了技术基础。
关键词：光伏；风电；发电特性指标；青海省
中图分类号:TM732 文献标志码:A DOI :10.3969/j.issn.1006-2610.2019.02.001
Study on the Output Characteristics of Photovoltaic and Wind Power Generation in Qinghai
TIAN Xu 1,JI Shengcai 2,ZHANG Ping 2,BAI Zuoxia 1,HUANG Cunqiang 1
(1.State Grid Qinghai Electric Power Company Economic and Technological Research Institute ,Xining 810008,China ;2.PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited ,Xi'an 710065,China )
Abstract :The photovoltaic and wind power generation is characterized by intermittent ,volatile and random output.In order to under⁃
stand the output characteristics of the photovoltaic and wind power generation ,the characteristics index system and complementary index
of the photovoltaic and wind power generation are proposed based on the interannual ,annual ,monthly and daily time-scale ,and the
characteristics analysis of the output process for the single photovoltaic and wind power station built from 2014to 2016in Qinghai Province is completed.The results show that the annual ,monthly and daily power generation fluctuation of wind power in Qinghai Province is sig⁃nificantly higher than that of photovoltaic power plants due to the influence of wind resources and the intermittent output of wind power.The output of the photovoltaic and wind power generation has certain complementarity which provides a technical basis for the stable oper⁃
ation of the power system after the connection of large-scale photovoltaic and wind power stations.Key words :photovoltaic ;wind power ;power generation characteristics index ;Qinghai Province
收稿日期:2018-09-05
作者简介：田旭(1990-)，男，青海省西宁市人，助理工程师，从事新能源及电力系统规划工作.
0 前 言
青海省地处青藏高原东北部，属于太阳能资源丰富区，在全国仅次于西藏，位居全国第二[1]；风资
源按全国风资源分区属于Ⅳ类资源区。截至2016年底，光伏装机容量6814MW，占青海电网电源总装机容量29.70%；风电装机容量685MW，占总装机容量2.98%。青海电网新能源装机比例较大，而
光伏、风力发电出力存在间歇性、波动性和随机性等
不稳定特点[2-3]，大规模风光电并网对电网安全稳
定运行提出新的挑战，因此，为掌握青海光伏、风力发电特性以便于其他可调节电源配合新能源运行，需要对青海光伏、风力发电特性进行研究。
目前，中国学者采用不同指标对光伏、风力发电
的年、季、日特性及互补性做了大量研究[4-13]，但未
形成一套风光发电特性指标体系。本文将在已有发电特性研究工作的基础上，总结概况提出一套适用于风光发电出力特性的指标体系，并对青海已建风光电站出力过程进行特性分析，为电力系统接入大规模风光电等间歇性电源稳定运行提供技术基础。
1
西北水电·2019年·第2期
1 基础数据
根据青海省电力公司调度部门提供已建光伏、风电2013—2016年逐15min出力过程，按照已建电站规模及布局，从电站位置、年出力完整性及可靠性等方面进行分析研究，光伏电站选取格尔木、德令哈、共和3个地区，风电场选取都兰、大柴旦2个地区的已建代表电站，见表1。
2 风光发电特性指标
为便于水电、抽水蓄能等可调节电源更好地配合新能源运行，采用同时间尺度、概率统计方法对新能源发电特性指标进行统计，考虑光伏、风电出力间歇性、波动性和随机性等不稳定性特点，以及需要其他调节电源配合运行的要求，各发电特性指标重点以反映总体电量、出力、出力变率[14]、各时间尺度变化幅度及离散程度为主，特性指标含义及统计方法见表2，互补性指标见表3。年、月、日特性以2015年风光电出力过程为例进行分析。
表1 已建光伏与风电代表电站表
电站所在地区电站名称装机容量投产时间格尔木山一中氚格尔木光伏50MWp2013.12.27
德令哈力诺齐德令哈光伏50MWp2011.12.25
共和世能共和光伏30MWp2013.06.09
都兰贝壳梁诺木洪风电场49.5MW2013.11.25
大柴旦三峡锡铁山风电场49.5MW2013.12.20
表2 光伏与风电发电特性指标体系表
时间尺度指标含义统计方法
年际
年利用小时数反映电站年发电总体情况。年发电量/装机容量
累积电量占比
95%时出力系数可间接反映电站在弃光(或弃风)5%电量时
对应的开机容量比例。
查询“出力-保证率-电量累积曲线图”。
年际发电
量距平率
反映电站年发电量相对多年平均发电量变
化程度，其绝对值越大变化幅度越大。
M
年际
=E年,n-E年均
E
年均
×100%，式中:M
年际
为电站年际发电量
距平率;E年,n为电站第n年发电量;E年均为电站多年平均发电量。
年
最大、最小、
月均发电量
反映电站年内月发电量最大值、最小值及月
发电量变化幅度。-
年不均衡系数
反映电站年内月发电量相对年内月平均发
电量的离散程度，其值越大，离散程度越大。
ρ
年
=112∑12i=1E月,i E 月均-1
2式中:ρ年为年不均衡系数;
E
月,i
为电站第i月发电量;E月均为年内月平均发电量。
距平率
反映电站月发电量相对年内月均发电量变
化程度，其绝对值越大变化幅度越大。
方法同“年际发电量距平率”
月
最大、最小、
日均发电量
反映电站月内日发电量最大值、最小值及日
发电量变化幅度。-
日发电量
距平率
反映电站日发电量相对月内日平均发电量偏
离程度，其绝对值数值越大变化幅度越大。
方法同“年际发电量距平率”
月不均衡系数
反映电站月内日发电量相对月内日平均发
电量的离散程度，其值越大，离散程度越大。
ρ
月,i
=1m∑m i=1E日,i,m E日均,i-1
2，式中:ρ月,i为i月不均衡
系数;E日,i,m为电站i月第m日发电量;E日均,i为电站i月内日
平均发电量;m为每月天数。
日
日等效利
用小时数
反映电站日发电量按照装机容量发电的时
长。
T
日
=
E
日
W，式中:T 日为日等效利用小时数;E日为日发电量;W
为装机容量。
时段有效出力
反映光(风)电场在电力系统高峰或低谷时
期能提供的保证出力。
统计光伏电站在等效负荷低谷时段(11:00—16:00)保证率
10%时的出力，以及风电在等效负荷高峰时段(19:00—22:00)
保证率90%时的出力。
出力变率
指风(光)电当前出力与前一时刻出力的差
值占风(光)电站装机容量的比例，反映了风
(光)电出力的波动性大小。
τt=
n t-n t-1
N×100%，式中:τt为t时风(光)电的出力变率;
n t为t时风(光)电的出力;n t-1为t-1时风(光)电的出力;N
为风(光)电的装机容量。
p i=m i M×100%，式中:p i为风(光)电场出力变幅区间i对应
的出力变率出现的频率;m i为出现的频次;M为样本数。
2田旭，姬生才，张娉，白左霞，黄存强.青海光伏与风力发电出力特性研究
表3 风光电之间互补性指标表
序号指标序号指标
1装机容量5累积电量占比95%时出力系数2年发电量6年不均衡系数
3年利用小时数7月不均衡系数均值
4最大出力8出力变率
3 计算结果与分析
3.1 年际发电特性
青海光伏电站年际发电量变化较小，年际发电量距平率均在±10%以内，若考虑光伏电站前5年设计发电量相比设计运营期多年平均发电量高7% ~8%，则年际发电量距平率在±3%左右。风电场年际变化较大，年际发电量距平率最大达10%以上，且不同地区变化幅度存在差异，见表4。
表4青海光伏电站与风电场2014—2016年年发电情况表
电站时间
/年年发电量
/万kWh
年利用
小时数
/h
年际发电
量距平率
/%
光伏山一中氚格尔木
(50MWp)
力诺齐德令哈
(50MWp)
世能共和
(30MWp)
2014886617739
2015849616994
201673431469-10
2014858917189
2015821116425
201668081362-13
2014514917167
2015489416312
201645771526-5
风电
贝壳梁诺木洪
(49.5MW)
三峡锡铁山
(49.5MW)
2014107872179-1
201512068243810.8
20161164423526.9
20141030620824.1
201511836239119.6
20161031720844.2青海光伏电站累积电量95%时出力系数为
0.65左右，而风电为0.8左右，见表5。
表5 青海光伏电站与风电场2014—2016年累积电量95%时出力系数表
电站累积电量占比95%时出力系数2014年2015年2016年
光伏山一中氚格尔木/50MWp0.710.670.54力诺齐德令哈/50MWp0.700.670.54世能共和/30MWp0.720.670.62
风电贝壳梁诺木洪/49.5MW 0.80.840.84三峡锡铁山/49.5MW0.780.80.77
3.2 年发电特性
青海已建光伏电站除力诺齐德令哈电站2015年12月发生故障外，月发电量距平率基本在-20%~20%之间，即月发电量变化幅度基本在20%以内，而且月发电量较大月份主要集中在春季，见图1。受地理位置、天气变化等因素影响，格尔木、德令哈地区光伏电站年不均衡系数为0.15左右，而共和地区光伏电站年不均衡系数为0.10左右，见表6。
表6 青海光伏电站与风电场2015年年不均衡系数表
指标
光伏风电
山一中氚格尔木
(50MWp力诺齐德令哈
(50MWp)世能共和
(30MWp)贝壳梁诺木洪
(49.5MW)
三峡锡铁山
(49.5MW)年不均
衡系数0.140.170.100.360.32青海风电场月发电量距平率基本在-50%~ 55%之间，即月发电量变化幅度基本在55%以内，而且4、5月月发电量较大,11、12月月发电量较小，见图2。风电受出力随机性、波动性影响，年不均衡系数为0.34左右，见表6。
图1 青海2015年光伏电站月发电量距平率图
图2 青海2015年风电场月发电量距平率图
3.3 月发电特性
青海光伏电站最大日发电量距平率为10%~ 80%，最小日发电量距平率为-36%~-80%(见图3~5)，即最大日发电量相比月内日均发电量增加10%~80%，最小日发电量相比月内日均发电量减小36%~80%，月不均衡系数均值为0.25左右，见表7。
风电场受随机性、间歇性影响，青海风电最大日发电量相比月内日均发电量增加93%~423%，最小日发电量相比月内日均发电量减小73%~100%
3
西北水电·2019年·第2期
(见图6、7)，月不均衡系数均值为0.8左右，日间发电量波动较大，见表
7。
图3 山一中氚格尔木光伏电站2015年最大、最小
日发电量距平率图
图4 力诺齐德令哈光伏电站2015年最大、最小
日发电量距平率图
图5 世能共和光伏电站2015年最大、最小
日发电量距平率图
图6 贝壳梁诺木洪风电场2015年最大、最小
日发电量距平率图
图7 三峡锡铁山风电场2015年最大、最小
日发电量距平率图
表7 青海光伏电站与风电场2015年月不均衡系数表
时间/月光伏
风电
山一中氚力诺齐世能共和贝壳梁诺木洪
三峡锡铁山10.220.180.280.760.9120.270.210.2
1.380.6730.240.280.211.040.6840.210.20.30.640.5450.160.20.250.610.5460.4
0.380.350.750.6670.260.310.330.670.5180.160.130.230.790.7590.350.390.390.820.74100.180.230.220.930.69110.240.170.280.930.8312
0.190.150.180.961.16年均0.240.23
0.270.86
0.72
3.4 日发电特性
(1)日等效利用小时数
青海光伏电站月均日等效利用小时数变化范围较小，为3.5~5.5h，年均日等效利用小时数为4.6h 左右；风电受随机性、波动性作用，青海风电月均
日等效利用小时数变化范围较大，为3.4~10.3h，年均日等效利用小时数为6.6h 左右，见表8。
表8 青海光伏电站与风电场日等效利用小时数表
/h
籽月时间/月光伏
风电
山一中氚力诺齐世能共和贝壳梁诺木洪
三峡锡铁山14.24.74.27.43.724.24.84.43.48.234.94.84.83.67.945.35.24.69.7
9.255.35
4.310.39.363.53.83.98.17.97
5.34.84.39.47.585.554.87.3
6.294.63.83.86.65.2105.54.55.25.26.7114.54.64.73.73.812
4.54.64.953.4年均4.8
4.64.5
6.76.6
4
田旭，姬生才，张娉，白左霞，黄存强.青海光伏与风力发电出力特性研究
(2)出力变率
单个光伏电站逐15min出力变幅在±5%装机
容量范围内的概率约为62%,±10%装机容量范围
内的概率约为83%(见图8)；单个风电场逐15min
出力变幅在±5%装机容量范围内的概率约为74%,
图8 光伏电站逐15min出力变幅频率分布图
图9 风电场逐15min出力变幅频率分布图(3)时段有效出力
青海单个光伏电站在11:00—16:00时段内保证
率10%时出力占装机容量比例为0.8左右，而单个已
建风电场在19:00—22:00之间保证率90%时出力基
本为0，见表9。
表9 青海光伏电站有效容量统计结果
电站装机容量
/MW保证率10%
时出力/MW
保证率10%时出力
占装机容量比例
山一中氚格尔木5040.330.81力诺齐德令哈5038.740.77世能共和3024.310.813.5 互补特性
以都兰县贝壳梁诺木洪风电场与德令哈市力诺齐德令哈光伏电站为例进行风光互补特性分析，见表10。
由表10可得，风光互补后最大出力相比互补前电站最大出力之和减小3.5%左右，互补后累积电
95%时出力系数相比光
减小17%；年不均衡系
、月不均衡系数相比互补前风
，日不均衡系数相比互
；装机容量
-10%,10%]的出力变幅频率
，互补后出力相对更加集中
±10%以内，而且
3d风
，风
，见图10
~11。
结 语
从年际、年、月、日时间尺度
，通过对青海
，初步得出以下结论:
(1)青海光伏电站和风电
、年、月、日发电特性
光伏电站年际发电量变化
，而风电年际发电量变化较
；光伏、风电累积电量占比
95%时出力系数分别为0.65左
右和0.8左右。光伏电站月发电量相对年内月均发电量、日发电量相对日均发电量变化幅度分别在20%和
80%以内，而风电受随机性影响，月、日发电量变化幅度均大于光伏电站。光伏、风电年均日等效利用小时数为4.6h和6.6h左右。单个光伏电站逐15min出力变幅±10%装机容量范围内的概率约为83%，风电为87%。光伏电站在11:00—16:00时段内保证率10%时出力占装机容量比例为0.8左右，风电场在19:00—22:00时段内保证率90%时出力基本为0。
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西北水电·2019年·第2期
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