新能源接入對(duì)電網(wǎng)的影響

吳曉榕，蔣翔，楊揚(yáng)

(1.云南保山電力股份有限公司，云南 保山 678000；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650011)

新能源接入對(duì)電網(wǎng)的影響

吳曉榕1，蔣翔2，楊揚(yáng)2

(1.云南保山電力股份有限公司，云南 保山 678000；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650011)

介紹某地區(qū)針對(duì)新能源保山的消納、新能源對(duì)潮流分布、穩(wěn)定特性，系統(tǒng)短路水平、電能質(zhì)量等多方面的影響展開深入研究。

消納空間；潮流分布；安全穩(wěn)定；電能質(zhì)量

0 前言

至2020年保山市新能源規(guī)劃裝機(jī)共計(jì)1 158 MW，其中風(fēng)電793 MW，光伏365 MW，占保山電源比例超過30%，規(guī)模較大。目前保山地區(qū)已投產(chǎn)的新能源項(xiàng)目為木瓜山光伏30 MWp，其余的新能源項(xiàng)目均已開展前期工作，部分核準(zhǔn)在建。

1 新能源消納能力

1.1 滇西北的新能源消納能力

根據(jù)相關(guān)研究，“十三五”期間新能源在云南省的發(fā)展空間約為10 000 MW左右。平水年豐期全省已有棄水，無法消納新能源的電力電量。如果不考慮平水年豐期新能源的電量，棄風(fēng)、棄光電量約為10%左右。

滇西北地區(qū)水電豐富，2020年盈余電力9 660 MW，豐期大量電力需外送，已經(jīng)超過滇西北大理+仁和斷面外送極限9 500 MW。從網(wǎng)架送出能力的角度，在滇西北地區(qū)新能源開發(fā)過多，豐期會(huì)加重受阻的問題。從遠(yuǎn)期來看，若怒江中下游電站 (20 000 MW)開發(fā)，則現(xiàn)有的滇西北網(wǎng)架更不能滿足要求。因此建議滇西北地區(qū)的新能源合理開發(fā)，有條件的新能源可以考慮直接送出至負(fù)荷中心消納。

1.2 保山市新能源消納能力

保山市風(fēng)速特點(diǎn)符合滇西北片區(qū)已投產(chǎn)風(fēng)電場出力特性，本研究結(jié)合相關(guān)成果，將滇西北已投產(chǎn)風(fēng)電場歷史出力情況作為保山市規(guī)劃風(fēng)電場預(yù)計(jì)的出力特性，并作為后續(xù)平衡計(jì)算的參考依據(jù)。

風(fēng)電平均出力最大一般出現(xiàn)在枯期的1月、2月，出力在50%左右，最小平均出力一般出現(xiàn)在豐期的7月、8月，出力在10%左右，呈現(xiàn)出豐小枯大的情況，與水電特性互補(bǔ)。滇西北風(fēng)電最大出力趨勢(shì)上與風(fēng)電平均出力一致。

光伏日出力曲線豐期、枯期較為相同，晚上不發(fā)電，午間腰荷方式出力最大，呈現(xiàn)較為明顯正態(tài)分布曲線，且受到短時(shí)天氣因素影響較大。

圖1 光伏日平均出力曲線

對(duì)2020年保山市進(jìn)行電力電量平衡計(jì)算，其中電力平衡計(jì)算選取光伏出力最大的午間腰荷方式，電力平衡方面，考慮了新能源參與平衡后，保山市全年均有電力盈余。總體來看，在保山市發(fā)展新能源有利于補(bǔ)充當(dāng)?shù)氐碾娏﹄娏咳鳖~。就地消納新能源電能后，仍有少量的電能需在全省范圍內(nèi)尋求消納空間。

由于全省棄水電量集中在豐期的7月～9月，在考慮了保山規(guī)劃的新能源后，有必要根據(jù)不同的調(diào)度運(yùn)行方式，對(duì)新能源棄電情況進(jìn)行分析。

方式一：全省按水電、新能源可發(fā)電量等比例棄電，則保山全年將產(chǎn)生0.43億kW.h的棄風(fēng)、棄光電量，2.93億kW.h的棄水電量。

表1 2020年保山棄風(fēng)、棄光電量 (等比例)單位：億千瓦時(shí)

方式二：考慮優(yōu)先棄風(fēng)、棄光，則保山全年將產(chǎn)生2.77億kW.h的棄風(fēng)、棄光電量，占新能源全年可發(fā)電量的8.5%，此情況下無棄水電量。

由于全省豐期消納空間不足，在不同的調(diào)度運(yùn)行方式下，均存在保山市新能源豐期棄電情況，建議新能源企業(yè)在保山擇優(yōu)開發(fā)新能源項(xiàng)目，充分考慮棄電可能造成的經(jīng)濟(jì)損失。

表2 2020年保山棄風(fēng)、棄光電量 (優(yōu)先棄新能源)單位：億千瓦時(shí)

1.3 分片區(qū)新能源消納能力

選取新能源較為集中的中部地區(qū)施甸縣作為典型片區(qū)，對(duì)110 kV電網(wǎng)接納能力進(jìn)行分析。220 kV施甸變的下網(wǎng)負(fù)荷最大約150 MW，施甸變?nèi)?10 kV線路斷面按照N-1校核，最大送出能力285 MW，扣除負(fù)荷后線路部分對(duì)應(yīng)最大可接納新能源435 MW；目前施甸縣規(guī)劃約330 MW的新能源，能夠滿足送出要求。

2 新能源并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行影響

2.1 潮流分析

考慮新能源以后，保山電網(wǎng)均不存在110 kV主變及110 kV送出線路送出受阻問題，各相關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓均處于合理范圍，但滇西北送出斷面潮流增至9 637 MW，存在約150 MW的電力受阻。

2.2 穩(wěn)定分析

低電壓穿越功能是對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電、光伏在電網(wǎng)出現(xiàn)電壓跌落時(shí)仍保持并網(wǎng)的一種特定的運(yùn)行要求。下面分別以蒲薸光伏 (一、二期共65 MW)為例，分析有無低電壓穿越能力對(duì)新能源穩(wěn)定運(yùn)行的影響。結(jié)果表明，若新能源電站不具備低電壓穿越能力，則近區(qū)電網(wǎng)線路兩側(cè)發(fā)生三相短路故障，均會(huì)導(dǎo)致機(jī)組退出運(yùn)行，運(yùn)行穩(wěn)定性較差；若具備低電壓穿越能力，則近區(qū)多數(shù)三相短路故障情況下，新能源穩(wěn)定運(yùn)行。因此，建議新能源電站并網(wǎng)時(shí)需確保低電壓穿越功能投入使用。

保山地區(qū)位于電網(wǎng)末端，500 kV永昌變建成前，當(dāng)發(fā)生220 kV大理～蘇屯雙回線路N-2故障時(shí)，保山電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行，若不采取相應(yīng)措施，將出現(xiàn)頻率失穩(wěn)；且隨著新能源接入的規(guī)模增加，保山電網(wǎng)孤網(wǎng)時(shí)頻率偏差問題更為嚴(yán)重，降低了頻率穩(wěn)定的裕度。

2.3 短路水平

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，新能源接入后對(duì)各節(jié)點(diǎn)均造成短路電流水平增加，增加幅度在2%～28%之間，但各節(jié)點(diǎn)增加的絕對(duì)值相對(duì)較小，一般不會(huì)引起設(shè)備超過遮斷容量。

2.4 電能質(zhì)量

新能源電源并網(wǎng)后容易引起電壓偏差、無功平衡、諧波畸變等電能質(zhì)量方面的問題。以松子山風(fēng)電場作為典型代表，對(duì)上述問題進(jìn)行分析。

圖2 隨風(fēng)電場出力增加相關(guān)變量的變化曲線

圖3 相關(guān)變電站110kV母線電壓波形及頻譜圖

在豐期腰方式下，保山地區(qū)水電出力較大，潮流較重。隨著風(fēng)電場出力的不斷增加，對(duì)電網(wǎng)側(cè)相關(guān)母線電壓的影響較小，但對(duì)于電網(wǎng)的無功需求逐漸增加。

建議新能源電站的無功就地平衡，在電站低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，同時(shí)為了平滑無功補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)效應(yīng)、減小無功設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，建議采用SVG進(jìn)行無功調(diào)節(jié)。

圖3給出了松子山風(fēng)電場接入后相關(guān)變電站110 kV母線上各次諧波電壓含有率?？陆肿?10 kV母線的總電壓畸變率為0.31%，不高于2%，滿足規(guī)程規(guī)定。但隨著新能源發(fā)電規(guī)模的逐漸增大，建議在新能源側(cè)安裝諧波監(jiān)測裝置。

3 結(jié)束語

1)“十三五”期間云南省平水年豐期已有棄水，無法消納新能源的電力電量，可能造成豐期棄風(fēng)、棄光電量約10%左右。同時(shí)，滇西北電網(wǎng)的網(wǎng)架送出能力在豐期無法滿足全部電力的送出，建議有條件的新能源可以考慮直接送出至負(fù)荷中心消納。

2)發(fā)展新能源有利于補(bǔ)充當(dāng)?shù)氐碾娏﹄娏咳鳖~，但由于豐期云南省消納空間不足，在不同的調(diào)度方式下均會(huì)造成保山市的新能源出現(xiàn)豐期棄電。建議新能源企業(yè)在保山擇優(yōu)開發(fā)新能源項(xiàng)目，充分考慮棄電可能造成的經(jīng)濟(jì)損失。

3)新能源并網(wǎng)后，電網(wǎng)仍能夠保持安全穩(wěn)定運(yùn)行，但新能源接入的規(guī)模增加，保山電網(wǎng)孤網(wǎng)時(shí)的頻率穩(wěn)定裕度將下降。同時(shí)，低電壓穿越能力對(duì)于新能源穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

4)新能源并網(wǎng)后，會(huì)造成一定的電壓偏差和無功波動(dòng)，會(huì)增加電網(wǎng)的諧波。目前對(duì)電能質(zhì)量影響相對(duì)較小，隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模的增大，建議加強(qiáng)電能質(zhì)量的在線監(jiān)測。

[1] 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司規(guī)劃研究中心，云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司.云南電力工業(yè) “十三五”及中長期規(guī)劃 [Z] .2014，53-X07101K.

[2] 云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司.云南省新能源示范區(qū)建設(shè)研究 [Z].2014，53-X06271.

[3] 云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司.云南 “十二五”風(fēng)力發(fā)電出力特性與集群效應(yīng)研究 [Z].2012，53-X05921K.

Study on the Effect of New Energy Access to Baoshan Power Grid

WU Xiaorong1，JIANG Xiang2，YANG Yang2
(1.Yunnan Baoshan Electric Power Ltd.Co.，Baoshan，Yunnan 678000，China；2.Yunnan Electric Power Design Institute Ltd.Co.，Kunming 650011，China)

With the accelerating development of new energy，it is very necessary to do the Research of new energy consumption，power flow distribution，stable characteristics，short circuit level，power quality and other aspects of the problem.

consumptive space；power flow distribution；security and stability；power quality

TM74

B

1006-7345(2015)05-0074-03

2015-05-05

吳曉榕 (1970)，女，工程師，云南保山電力股份有限公司，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理工作 (e-mail)wxr0730＠126.com。

蔣翔 (1986)，男，工程師，中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì) (e-mail) jotti159＠126.com。

楊揚(yáng) (1986)，男，工程師，中國能源建設(shè)集團(tuán)云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，主要從事電網(wǎng)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計(jì)。