光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)、難點及破解辦法

昌金銘

一 引言

我國光伏電池的產(chǎn)量已連續(xù)六年居世界第一。2011年全國光伏電池產(chǎn)量已達(dá)8GWp，累計裝機3GWp。目前，由于世界經(jīng)濟低迷，有關(guān)國家的光伏政策調(diào)整，我國以出口為主的光伏產(chǎn)業(yè)受到較大沖擊，這是光伏產(chǎn)業(yè)前進中產(chǎn)生的困難。從能源資源、環(huán)境保護和發(fā)展低炭經(jīng)濟的要求看，光伏發(fā)電是重要的替代能源，國家已出臺《可再生能源法》、光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策、實施金太陽工程等政策措施，國內(nèi)市場正在迅速啟動，光伏產(chǎn)業(yè)一定會克服各種困難，快速正常發(fā)展，成為國家新興的朝陽產(chǎn)業(yè)。光伏發(fā)電將成為優(yōu)質(zhì)的可再生能源和重要的替代能源。

2006年我國開始實施《可再生能源法》。2009年以來為促進光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步和規(guī)?；l(fā)展，培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，發(fā)展可再生能源，國家制定了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策，啟動金太陽示范工程和光電建筑應(yīng)用示范工程。這些示范工程是利用大型工礦、商業(yè)企業(yè)以及公益事業(yè)單位、開發(fā)區(qū)和城市現(xiàn)有的屋頂，建設(shè)用戶側(cè)并網(wǎng)的光伏發(fā)電示范項目。根據(jù)國家的要求，這些項目所發(fā)電量以企業(yè)自用為主，多余電量可送入國家電網(wǎng)，因此，這些項目建成后必須就近并入電網(wǎng)，可將多余電量輸入國家電網(wǎng)。

二 光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)

1 光伏電站的運行特點和并網(wǎng)逆變器

光伏電站依靠陽光照射產(chǎn)生直流電，必須依靠逆變裝置轉(zhuǎn)換為交流電，因此逆變器是光伏電站的重要設(shè)備，主要將光伏電站所發(fā)的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，同時具有相應(yīng)的保護功能、并網(wǎng)能力和最大功率跟蹤能力。

保證光伏電站的電能質(zhì)量，選擇技術(shù)性能優(yōu)良的逆變器是關(guān)鍵。逆變器輸出的正弦波電流所含的直流分量和高次諧波必須低于國家電網(wǎng)的規(guī)定指標(biāo)，以減少諧波對電網(wǎng)造成的污染；光伏電站輸出功率與日照、溫度、負(fù)載變化較大時，逆變器應(yīng)具有最大的功率跟蹤功能。

2 光伏電站的分類

國家電網(wǎng)對接入電網(wǎng)的光伏電站以接入的電壓等級分為大中小三種類型，由于光伏電站供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷不同，確定不同等級的光伏電站的容量也不盡相同。

大型光伏電站:通過66kV及以上電壓等級接入電網(wǎng)的光伏電站。

中型光伏電站:通過10～35kV電壓等級接入電網(wǎng)的光伏電站。

小型光伏電站:通過380kV電壓等級接入電網(wǎng)的光伏電站。

3 光伏電站接入方式和原則

光伏電站接入公用電網(wǎng)一般有3種方式:

(1)大型光伏電站以專線接入電力系統(tǒng)的變電站，進入公用電網(wǎng)，電壓等級通常在66kV以上；

(2)中型光伏電站以T接方式接入公用電網(wǎng)，原則是光伏電站的容量應(yīng)小于公用電網(wǎng)線路最大輸送容量的30%；

(3)小型光伏電站的容量等于或小于上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%，可直接接入380V配電電網(wǎng)。

4 光伏電站電能質(zhì)量要求

光伏電站經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化后的電能質(zhì)量應(yīng)符合國家電網(wǎng)的有關(guān)規(guī)定。其電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括電壓偏差、電壓波動和閃變、電壓不平衡度，特別是高次諧波和直流分量等，國家都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)予滿足。

5 光伏電站的技術(shù)要求

(1)功率要求:大中型光伏電站應(yīng)具有有功功率調(diào)節(jié)能力，根據(jù)系統(tǒng)指令可調(diào)頻、調(diào)峰和備用。同時還應(yīng)具備無功功率和電壓控制的能力，對于專線接入公用電網(wǎng)的大型光伏電站，還應(yīng)配置無功補償設(shè)備。小型光伏電站無需具備無功功率和電壓調(diào)節(jié)能力，但需確定光伏電站合理的功率因數(shù)分別不小于0.95～0.98控制范圍。

(2)電壓要求:大中型光伏電站應(yīng)具備一定的低電壓穿越能力。

(3)安全與保護技術(shù)方面:光伏電站在并網(wǎng)點內(nèi)側(cè)設(shè)置可操作、可閉鎖、靈敏可靠的保護裝置，如過電流保護、防孤島效應(yīng)、逆功率保護(專指不可逆的并網(wǎng)方式)及相應(yīng)的繼電保護裝置等。

(4)防雷和接地:光伏電站是室外發(fā)電設(shè)備，必須具有符合規(guī)定的防雷接地裝置。

(5)通信和電能計量:大中型光伏電站與電力調(diào)度部門應(yīng)設(shè)置通信信號裝置。在明確上網(wǎng)電量和用網(wǎng)電量的計量點設(shè)置電能計量裝置。

三 光伏電站并網(wǎng)的難點

1 電力部門的難點

針對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的要求，國家法律已有明文規(guī)定。如《可再生能源法》就明確規(guī)定，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當(dāng)依法全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)可再生能源并網(wǎng)發(fā)電項目上的電量，并為可再生能源提供上網(wǎng)服務(wù)。

國家電網(wǎng)公司2011年5月6日發(fā)布Q/GDW 617－2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，取代于2009年7月發(fā)布的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》，說明光伏電站接入電網(wǎng)的規(guī)定已列入國家法律，有法可依；在技術(shù)上有國家電網(wǎng)公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可循。但是還是有一些地區(qū)電力部門對光伏電站接入電網(wǎng)久拖不辦。筆者認(rèn)為原因如下:

(1)出于安全的原因，電力部門采取慎之又慎的做法。電力系統(tǒng)運行安全第一，光伏電站容量小，即使數(shù)千瓦的小型光伏電站，對電力系統(tǒng)來說也只是一個電源，或者說是一個小型發(fā)電廠，顯然，光伏電站能否安全運行，是電力系統(tǒng)關(guān)注的重點。同時，由于光伏發(fā)電裝置輸出功率隨光照強度的變化而變化，不能穩(wěn)定輸出電能，此外還有諧波、無功平衡等問題，給系統(tǒng)的運行、調(diào)度、通信和保護都增加了難度。這種非傳統(tǒng)電源打破了電力系統(tǒng)長期形成的運行方式，也給電力部門造成一定的壓力。

(2)光伏電站是一種全新的發(fā)電技術(shù)，雖然電力系統(tǒng)長期以來積累了豐富的常規(guī)電廠的運行技術(shù)和經(jīng)驗，但對光伏電站接入電力系統(tǒng)后的穩(wěn)定運行缺乏經(jīng)驗，在當(dāng)?shù)赜譄o先例可行，只能多設(shè)門檻。電力部門往往給光伏業(yè)主提出一些超過國家電網(wǎng)公司規(guī)定的要求，如可接入380V用戶低壓側(cè)的光伏電站，要求業(yè)主接入10kV以上的高壓側(cè)；可在用戶側(cè)就近接入配電電網(wǎng)或廠用配電房的光伏電站，要求業(yè)主增加數(shù)百萬投資敷設(shè)數(shù)公里電力電纜接入電力部門的變電所。如此一來，既增加了光伏電站的資金投入，也不能確保是最安全的接入方式。對于大型光伏電站的接入，還必須考慮光伏電站的規(guī)模與用電負(fù)荷、電網(wǎng)規(guī)劃和電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)。由于光伏電站日出而作、日落而息的運行特點，電網(wǎng)必須考慮足夠的系統(tǒng)備用容量。

(3)認(rèn)識上的問題。電力系統(tǒng)長期來獨家經(jīng)營方式，對火電、水電、核電等主力電源形成了一套安全完善、行之有效的運行調(diào)度和管理模式，有些光伏發(fā)電容量不到系統(tǒng)的1%，基本可忽略不計。還有觀點認(rèn)為這些星星點點的網(wǎng)外電源，既不能解決電網(wǎng)容量不足的大問題，又為調(diào)度、安全帶來一些“隱患”，卻沒有認(rèn)識到應(yīng)用可再生能源是國家發(fā)展低碳經(jīng)濟、改善環(huán)境、節(jié)能減排、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。

(4)經(jīng)濟上，光伏電站聯(lián)網(wǎng)發(fā)電后會減少電網(wǎng)供電量，使電網(wǎng)公司減少部分經(jīng)濟收入，以及線損承擔(dān)等問題。

2 光伏電站業(yè)主的難點

(1)技術(shù)、審批上的困難。大型光伏電站除少數(shù)國電公司涉足外，中小型光伏電站的業(yè)主往往是光伏組件制造商和非電力行業(yè)的投資者。這些業(yè)主缺乏電力系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和運行經(jīng)驗，對電力系統(tǒng)安全運行要求體會不深，技術(shù)上也不熟悉。這就造成了大型設(shè)計單位對光伏電站的接入設(shè)計不屑一顧，小型設(shè)計部門又缺乏能力，且要面對電力部門的層層審核，花費時間較長。

(2)經(jīng)濟上存在的問題。近年來，國家出臺了光伏發(fā)電上網(wǎng)電價政策，實施金太陽工程和光電建筑應(yīng)用工程等措施。按照這些計劃，國家財政給予了較大的支持力度，但對于光伏業(yè)主而言要收回投資并取得盈利還是需要較長的時間。而電力部門對接入的要求又設(shè)置一些不盡合理的門檻。如對可接入低壓側(cè)的小型光伏電站，一定要業(yè)主升壓接至10kV系統(tǒng)，能就近接入用戶側(cè)的光伏電站一定要業(yè)主升壓后鋪設(shè)數(shù)千米輸電線路接入系統(tǒng)的變電站，以一個1MW的光伏電站計算，投資往往要增加200～300萬元，使光伏電站業(yè)主難以承受。

四 解決光伏電站接入電網(wǎng)難題的建議

1 發(fā)展光伏發(fā)電是國家能源發(fā)展戰(zhàn)略

首先要提高市縣電力部門對光伏發(fā)電是優(yōu)質(zhì)可再生能源的認(rèn)識，深入了解應(yīng)用可再生能源是國家長期的能源發(fā)展戰(zhàn)略，是國家法律規(guī)定。市縣電力部門應(yīng)將光伏電站接入電網(wǎng)納入日常的工作議程，指定專人負(fù)責(zé)，并及時了解轄區(qū)內(nèi)新建的光伏電站，主動幫助光伏電站業(yè)主完善電站接入的規(guī)定要求，認(rèn)真執(zhí)行國家電網(wǎng)公司發(fā)布的Q/GDW617－2011《光伏電站接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定》，不得擅自提高并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

2 建立電網(wǎng)企業(yè)考核制度

建立可再生能源考核體系，對電網(wǎng)企業(yè)實行可再生能源配額制，確保實現(xiàn)國家規(guī)劃目標(biāo)。制定電網(wǎng)公司可再生能源配額標(biāo)準(zhǔn)，每年由國家下達(dá)一定的可再生能源配額指標(biāo)，即本地區(qū)可再生能源必須達(dá)到的裝機容量和發(fā)電量，并將這一指標(biāo)納入電力系統(tǒng)的考核體系，使電力部門能積極主動地吸納光伏電站，對完成配額指標(biāo)的電網(wǎng)企業(yè)給予一定的獎勵。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)優(yōu)先調(diào)度光伏電站電量，全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)光伏電站電量，并按國家和省核定的光伏發(fā)電上網(wǎng)電價，及時、足額結(jié)算款項。

3 進一步完善光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)

并網(wǎng)光伏電站在電能質(zhì)量、安全保護、通信系統(tǒng)等方面必須達(dá)到國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)的技術(shù)規(guī)定。特別是西部地區(qū)光伏電站的規(guī)模與用電負(fù)荷、電網(wǎng)規(guī)劃、電網(wǎng)運行的協(xié)調(diào)，使光伏電站達(dá)到可調(diào)控性，能滿足電網(wǎng)靈活調(diào)度運行的需求。電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)提高電網(wǎng)智能和儲能水平，增強吸納光伏電站電力的能力。

經(jīng)過有關(guān)部門的協(xié)調(diào)，電力系統(tǒng)和光伏發(fā)電業(yè)主的共同努力，光伏電站并網(wǎng)將不再成為難事。發(fā)達(dá)國家光伏電站并網(wǎng)已經(jīng)成為常態(tài)性的工作，我國也有法可依、有技術(shù)規(guī)定可行，相信只要電網(wǎng)企業(yè)積極一些，開放一些，光伏發(fā)電并網(wǎng)的難題一定會迎刃而解，成績斐然。