光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)問題及其解決策略

葉 雷 李文忠

（福建省電力有限公司）

光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)問題及其解決策略

葉 雷 李文忠

（福建省電力有限公司）

目前我國光伏發(fā)電技術(shù)正在進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用，主要是因?yàn)楣夥l(fā)電技術(shù)能夠有效的改善光伏發(fā)電系統(tǒng)接入大電網(wǎng)之后這兩個(gè)部分的運(yùn)行能力與安全性能。本文主要針對(duì)我國光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)運(yùn)行過程中存在的問題，并通過實(shí)驗(yàn)研究，提出有效的解決措施。

光伏發(fā)電并網(wǎng)；大電網(wǎng)；解決策略

1 引言

隨著國際經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國能源枯竭問題也越來越受到廣大人民的關(guān)注，使我國光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)得到了更廣泛的應(yīng)用。就我國能源發(fā)電結(jié)構(gòu)情況來看，風(fēng)能發(fā)電的規(guī)模明顯大于光伏發(fā)電。然而就目前我國能源發(fā)展來看，光伏發(fā)電更加符合我國國情。我國太陽能源十分豐富，一旦將我國太陽能源充分利用起來，對(duì)于我國能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及改變供電質(zhì)量而言都有著顯著的作用。由于光伏發(fā)電技術(shù)具有穩(wěn)定性能強(qiáng)、質(zhì)量較高、維護(hù)方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)在全世界發(fā)展速度十分迅速，并成為了最具主流發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)之一。而光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)作為目前我國發(fā)電能源的主要發(fā)展趨勢(shì)，雖然得到了大范圍的推廣，但是在使用過程中依然存在著許多不足之處，需要進(jìn)一步完善相關(guān)技術(shù)，并針對(duì)其中存在的問題提供可供借鑒的有效措施。

2 大電網(wǎng)面臨的問題

環(huán)境因素能夠影響到光伏發(fā)電功率的輸出，同時(shí)在微網(wǎng)的運(yùn)行過程中，在互聯(lián)特/超高壓大電網(wǎng)中接入中低壓配電網(wǎng)等大規(guī)模的配電，給整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行帶來了巨大的影響。此外，大電網(wǎng)在一些方面都面臨著許多新的問題，需要采取有效的措施進(jìn)行改善，比如說：在研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段，新型配電系統(tǒng)的規(guī)劃、電網(wǎng)運(yùn)行控制等方面，下面將詳細(xì)對(duì)此進(jìn)行介紹：

2.1 仿真分析研究與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)裝備

為了能夠保證電網(wǎng)在運(yùn)行過程中的安全可靠性，通常采用仿真技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的研究，此外，同時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)方式各有各的特色。與傳統(tǒng)的發(fā)電模式相比，光伏發(fā)電網(wǎng)其穩(wěn)態(tài)特性以及動(dòng)態(tài)特性有了較大的改變。在這種情況下，只有仿真技術(shù)才能夠滿足光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入公共電網(wǎng)之后的一系列的工作需求，比如相關(guān)的理論研究、規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行與控制等工作。此外，應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)特點(diǎn)的試驗(yàn)基地，這樣一方面能夠有效的克服傳統(tǒng)研究實(shí)驗(yàn)環(huán)境中存在的弊端，另一方還能過針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)通過微網(wǎng)系統(tǒng)接入大電網(wǎng)之后的復(fù)雜性，從而更好的對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定以及電能質(zhì)量產(chǎn)生的各種技術(shù)問題進(jìn)行更深入全面的研究，為研究工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)。研究開發(fā)精良的仿真分析研究、實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證的技術(shù)裝備對(duì)于以下幾個(gè)方面的工作而言都是十分重要的，對(duì)于這些研究工作來說是不可缺少的一個(gè)部分；①針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)相互作用機(jī)理的研究工作；②光伏發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)在各種擾動(dòng)情況下的復(fù)雜動(dòng)態(tài)行為的相關(guān)研究工作；③對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行以及控制等問題的研究；④光伏發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間保護(hù)以及控制裝備的研究工作。對(duì)于這些研究工作而言，研究開發(fā)精良的仿真分析研究，實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證的技術(shù)設(shè)備有著十分關(guān)鍵的作用。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)影響大電網(wǎng)運(yùn)行特性的機(jī)理

微網(wǎng)能夠使光伏發(fā)電系統(tǒng)接入大電網(wǎng)中，而在微網(wǎng)中運(yùn)行狀態(tài)是多種多樣的；例如，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)以分散式并網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，其功率能夠?qū)崿F(xiàn)雙向流動(dòng)；而一旦電網(wǎng)出現(xiàn)運(yùn)行故障，為了保證所轄重要負(fù)荷的正常供電，可以利用保護(hù)動(dòng)作和解列控制兩種方式讓微網(wǎng)與大電網(wǎng)解列形成孤島運(yùn)行，從而達(dá)到供電目的；在排除大電網(wǎng)故障之后，利用并網(wǎng)控制將微網(wǎng)再一次接入大電網(wǎng)中，重新進(jìn)入并網(wǎng)運(yùn)行的狀態(tài)。與傳統(tǒng)的發(fā)電方式相比，光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的變化。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，具有單個(gè)接入點(diǎn)上網(wǎng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，但是在光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模的接入到大電網(wǎng)之后，由于其接入點(diǎn)較多且分散，因此會(huì)導(dǎo)致光伏電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的作用的復(fù)雜性增加，并影響到大電網(wǎng)運(yùn)行的特性，這是在常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)中不會(huì)出現(xiàn)的情況。

2.3 新型配電系統(tǒng)的規(guī)劃

光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入配電系統(tǒng)后，能夠讓配電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷碾娏粨Q系統(tǒng)，具有電能收集、電能傳輸以及電能分配等多種功能，與此同時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)也可能為配網(wǎng)帶來諧波污染、電壓波動(dòng)及閃變等電能質(zhì)量問題，因此為了能夠有效的解決這些問題，需在配網(wǎng)規(guī)劃階段對(duì)此進(jìn)行考慮。

對(duì)光伏發(fā)電等新能源分布式供能系統(tǒng)進(jìn)行合理的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，一方面能夠有效增加可再生能源的使用率，此外對(duì)于全面提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、提高重要負(fù)荷供電的可靠性等都有著十分重要的意義。然而一旦沒有做到以上兩點(diǎn)，則會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成阻礙，并更加突出了微網(wǎng)設(shè)備建設(shè)和設(shè)備運(yùn)行不確定性問題，因此改善和創(chuàng)新配電網(wǎng)規(guī)劃思路以及方法對(duì)于配電網(wǎng)發(fā)展而言是至關(guān)重要的。

3 對(duì)策

3.1 構(gòu)建光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證環(huán)境

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模研究、仿真對(duì)比與驗(yàn)證環(huán)境。結(jié)合實(shí)際光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展情況以及運(yùn)行特性，對(duì)其進(jìn)行深入的研究，根據(jù)分析所得數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)分析軟件中，將光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)模型建立起來。然后，將電力系統(tǒng)中的靜動(dòng)態(tài)模型與實(shí)際光伏發(fā)電的靜動(dòng)態(tài)模型兩者相互比較研究，打造一個(gè)更加完善的光伏發(fā)電及其控制系統(tǒng)的模型。這樣一方面能夠?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)之間相互影響的測(cè)試和驗(yàn)證做好鋪墊，同時(shí)也能夠增加電力系統(tǒng)仿真分析軟件的對(duì)于大電網(wǎng)的分析能力，一舉兩得。

（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響的仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在完成光伏發(fā)電以及控制系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)模型之后，緊接著就是光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)典型案例的建立。建立典型案例主要是為了給研究光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響打造一個(gè)較好的試驗(yàn)環(huán)境，保證數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。典型案例中主要包括典型光伏發(fā)電系統(tǒng)以及其典型的運(yùn)行方式、并網(wǎng)方式、故障場(chǎng)景等內(nèi)容，對(duì)這些案例進(jìn)行仿真計(jì)算能夠積累相關(guān)的數(shù)據(jù)，從而建立光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的典型案例數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而為相關(guān)試驗(yàn)提供良好環(huán)境。

（3）光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響的閉環(huán)實(shí)驗(yàn)環(huán)境。為了建立該閉環(huán)試驗(yàn)的環(huán)境，首先要做的就是建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)基地，并配備實(shí)驗(yàn)過程中用到的RTDS等仿真工具，以及接入RTDS的各種接口工具，這些都是建設(shè)該試驗(yàn)環(huán)境不可缺少的部分。在完成光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響的閉環(huán)實(shí)驗(yàn)環(huán)境后，可以設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響的閉環(huán)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中典型運(yùn)行方式、并網(wǎng)方式、典型故障場(chǎng)景，模仿真實(shí)的大電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)光伏發(fā)電及控制設(shè)備對(duì)大電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性造成的影響進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

（4）大電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)光伏發(fā)電影響的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。該實(shí)驗(yàn)主要是為了研究大電網(wǎng)擾動(dòng)對(duì)光伏發(fā)電影響提供前提條件。首先，建立數(shù)據(jù)接口，連接光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)仿真分析軟件的數(shù)據(jù)，同時(shí)在大電網(wǎng)中設(shè)置典型擾動(dòng)以此研究光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)。值得注意的是，典型擾動(dòng)應(yīng)當(dāng)建立在光伏發(fā)電系統(tǒng)的典型運(yùn)行方式以及并網(wǎng)方式的前提下的。

3.2 深入研究光伏發(fā)電系統(tǒng)及微網(wǎng)與大電網(wǎng)相互作用的機(jī)理

上文介紹到，光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入大電網(wǎng)之后，會(huì)與大電網(wǎng)之間發(fā)成十分復(fù)雜的作用，從而改變大電網(wǎng)的運(yùn)行特性，而對(duì)于該種影響分析，不能采用傳統(tǒng)的研究方法。微網(wǎng)的存在是導(dǎo)致配電系統(tǒng)存在安全運(yùn)行隱患的直接原因，因此所采用的分析方法應(yīng)當(dāng)與高壓電力系統(tǒng)的分析方法截然相反。

3.3 研究與應(yīng)用新型配電系統(tǒng)的規(guī)劃理論和方法

在研究新型配電系統(tǒng)的規(guī)劃理論和方法的過程中，應(yīng)當(dāng)建立在分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃理論以及方法的研究成果以及微網(wǎng)研究成果的前提下進(jìn)行的，同時(shí)還應(yīng)將光伏發(fā)電及并網(wǎng)的特點(diǎn)考慮在內(nèi)。該研究主要研究以下幾大內(nèi)容：①對(duì)光伏發(fā)電電源優(yōu)化配置的研究，主要包括兩種：a.選址；b.容量；②對(duì)光伏發(fā)電輸出控制方式、接入位置以及并網(wǎng)方式等方面的研究；③對(duì)電網(wǎng)諧波和電壓波動(dòng)與閃變的影響等研究。在規(guī)劃中為了能夠從更根本確保配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及電能質(zhì)量的優(yōu)化，我們一方面要比較傳統(tǒng)電網(wǎng)升級(jí)與分布式電源供電的多種電網(wǎng)擴(kuò)充展方針相符，近年來，我國光伏發(fā)電技術(shù)也處于不斷完善的過程中是否可行。

4 結(jié)語

光伏發(fā)電是基于“節(jié)能環(huán)?！痹瓌t下的發(fā)展，與我國可持續(xù)發(fā)展方針相符，近年來，我國光伏發(fā)電技術(shù)也處于不斷完善的過程中，同時(shí)其發(fā)電成本也有所降低，這為促進(jìn)我國光伏發(fā)電并網(wǎng)的推廣使用提供了有力的條件。但是就目前我國光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)的發(fā)展情況來看，還是存在著許多方面的問題，比如缺少相應(yīng)的研究與試驗(yàn)驗(yàn)證手段，沒有深入理解光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)大電網(wǎng)的影響等，這些問題都需要我們進(jìn)一步研究光伏發(fā)電并網(wǎng)新型的配電系統(tǒng)規(guī)劃的理論和方法。

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