太陽能光伏電站并網(wǎng)對山西局部電網(wǎng)的影響

張友民

（中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院，山西 太原 030001）

0 引言

光伏系統(tǒng)主要分為獨立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。風(fēng)光互補系統(tǒng)是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中的一種特殊類型。據(jù)悉，《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》近期有望發(fā)布?！兑?guī)劃》中提出的太陽能發(fā)電裝機目標為，到2015年達1 000萬kW，到2020年達5 000萬kW?！兑?guī)劃》還提出，到“十二五”末太陽能屋頂發(fā)電裝機達300萬kW，到2020年達2 500萬kW。

山西右玉小五臺“風(fēng)光互補”10 MW并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項目利用小五臺風(fēng)電場的有利電力系統(tǒng)條件以及現(xiàn)有大面積空地，建在風(fēng)電場升壓站東南方向距離150 m至1 000 m范圍內(nèi)的朝南的山坡。兩者結(jié)合，可實現(xiàn)晝夜發(fā)電，在合適的氣象資源下，風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。風(fēng)光復(fù)合發(fā)電還有一個顯著優(yōu)點就是可以經(jīng)過光伏組件容量和風(fēng)力發(fā)電機容量的優(yōu)化后很好地降低發(fā)電成本。光伏電站并網(wǎng)地理接線圖見圖1。

1 風(fēng)光互補系統(tǒng)發(fā)電出力特性

圖1 光伏電站并網(wǎng)地理接線圖

風(fēng)電場出力的變化受風(fēng)速的影響，太陽能光伏電站的實際輸出功率隨光照強度的變化而變化，兩種新能源發(fā)電輸出的電力均不穩(wěn)定。風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點是可以互補，風(fēng)能和太陽能都具有能量密度低、穩(wěn)定性差的弱點，并受到地理分布、季節(jié)變化、晝夜交替等影響；模塊結(jié)構(gòu)、積木性強，供電方式既可以集中，也可以分散供電。

風(fēng)能和太陽能在時間上、地域上和經(jīng)濟上都有一定的互補性。白天太陽光最強時，風(fēng)較小，晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風(fēng)能加強。在夏季，太陽光強度大而風(fēng)小，在冬季，太陽光強度弱而風(fēng)大。太陽能發(fā)電穩(wěn)定可靠，但目前成本較高，而風(fēng)力發(fā)電成本較低，但隨機性大，供電可靠性差。兩者結(jié)合，可實現(xiàn)晝夜發(fā)電，在合適的氣象資源下，風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。

風(fēng)光復(fù)合發(fā)電還有一個優(yōu)點，可以經(jīng)過光伏組件容量和風(fēng)力發(fā)電機容量的優(yōu)化配置，降低發(fā)電成本[1—3]。

右玉小五臺風(fēng)電場以及光伏電站的日出力變化情況參見圖2。

圖2 右玉小五臺風(fēng)電場及光伏電站日出力變化

右玉小五臺風(fēng)光互補系統(tǒng)日出力變化的疊加參見圖3。

圖3 右玉小五臺風(fēng)光互補系統(tǒng)日出力

從右玉小五臺風(fēng)電場及光伏電站年平均日出力變化的疊加曲線可以看出，在合適的氣象資源下，風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。

2 光伏電站并網(wǎng)對山西局部電網(wǎng)的影響

本文分析了山西右玉小五臺“風(fēng)光互補”10MW并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項目對山西局部電網(wǎng)的影響。

2.1 無功補償

由于逆變器均存在一定的無功消耗，根據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》的要求，一定規(guī)模的光伏發(fā)電站無功功率應(yīng)當(dāng)能夠在其允許范圍內(nèi)進行自動調(diào)節(jié)，使其光伏發(fā)電站的功率因數(shù)或變電站高壓側(cè)母線電壓保持在一定范圍內(nèi)或某一給定值。

計算無功補償量按照右玉小五臺光伏電站一期容量10 MW考慮，需要在光伏電站升壓變低壓側(cè)安裝容量為2.5 Mvar無功補償器，可以滿足光伏電站并網(wǎng)點功率因數(shù)的要求。

由于光伏電站輸出功率的隨機性，投入無功補償?shù)拇笮⊥瑯痈S風(fēng)電場輸出功率的變化而變化，因此，建議光伏電站無功補償類型選用動態(tài)無功補償裝置。

2.2 諧波

諧波問題是光伏發(fā)電并網(wǎng)引起的其中一個電能質(zhì)量問題。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)包含逆變器等控制系統(tǒng)，當(dāng)控制系統(tǒng)運行時會向系統(tǒng)提供諧波電流。諧波電流大小與輸出功率有關(guān)，也就是與光照量大小有關(guān)。在正常狀態(tài)下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的結(jié)構(gòu)及其濾波裝置狀況，同時與電網(wǎng)的短路容量有關(guān)。

光伏電站接入后，光伏電站35 kV母線諧波電壓畸變率0.25%，風(fēng)電場35 kV母線諧波電壓畸變率0.24%，風(fēng)電場110 kV母線諧波電壓畸變率0.43%，油坊110 kV母線諧波電壓畸變率0.15%。光伏電站注入系統(tǒng)的最大為5次諧波電流為0.91 A，均在系統(tǒng)允許注入范圍內(nèi)。

2.3 電壓波動

電壓波動問題是光伏電站并網(wǎng)引起的另外一個主要電能質(zhì)量問題。光伏發(fā)電隨著太陽入射方向及光輻射量的變化，其功率輸出具有變動的特性，可能引起所接入系統(tǒng)的某些節(jié)點（如并網(wǎng)點）的電壓波動。光伏電站輸出功率變化引起公共連接點電壓波動1.0%，在電壓波動限值范圍之內(nèi)。

2.4 電壓不平衡度分析

右玉小五臺光伏電站引起的負序電壓不平衡度不超過1.1%，短時不超過2.2%。低于《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》中規(guī)定的“公共連接點的負序電壓不平衡度應(yīng)不超過2%，短時不超過4%；其中光伏電站引起的負序電壓不平衡度應(yīng)不超過1.3%，短時不超過2.6%”。

2.5 直流分量分析

右玉小五臺光伏電站逆變器輸出電流中的直流分量小于交流額定值的0.43%。低于《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》中規(guī)定的“光伏電站并網(wǎng)運行時，向電網(wǎng)饋送的直流電流分量不超過其交流額定值的0.5%”。

3 結(jié)論

a）光伏發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術(shù)較為成熟、具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。利用太陽光發(fā)電則是當(dāng)今世界各國為解決能源緊缺、降低溫室氣體排放、提高環(huán)境質(zhì)量而采取的一項有效措施。該項目的建設(shè)符合我國的產(chǎn)業(yè)政策和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對改變山西省傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)能源供應(yīng)的多元化是有益的，對改善當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展都具有積極的作用。

b）“風(fēng)光互補”特性可以緩解風(fēng)電帶來的電網(wǎng)調(diào)峰困難[4—6]。

c）風(fēng)光復(fù)合發(fā)電可以經(jīng)過光伏組件容量和風(fēng)力發(fā)電機容量的優(yōu)化后降低發(fā)電成本。

d）對投運后的光伏電站接入引起的諧波、電壓波動、電壓不平衡度、直流分量應(yīng)做詳細檢測，以便進行更好分析，對后續(xù)光伏電站接入提供借鑒。

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