安徽蚌埠電網分布式光伏消納能力評估

國網蚌埠供電公司 吳 斌 李 奇 楊曉艷 任衛(wèi)明

安徽蚌埠電網分布式光伏消納能力評估

國網蚌埠供電公司 吳 斌 李 奇 楊曉艷 任衛(wèi)明

1 引言

隨著國家大力扶持新能源行業(yè)，相關政策紛紛落地，蚌埠地區(qū)新能源產業(yè)也有了大幅的增加，其裝機容量以及比例與之前相比均大幅增加，數據顯示，到2016年為止，供電區(qū)使用的新能源類型主要為風電、光伏以及生物質，其容量分別為，風電99MW，光伏26.457MW，生物質54MW；同時還有大量已批復新建，包括風電接入容量48MW，生物質及垃圾焚燒發(fā)電裝機121.5MW；而光伏更是高達324MW。

在國家“十三五”期間，由于政策上的大力扶持，蚌埠供電區(qū)新能源接入規(guī)模實現了大幅增長，同時還進行了一次電網建設改造，而這些都會對蚌埠電網后續(xù)的管理以及改造維護等造成復雜的影響。因此為了調查蚌埠地區(qū)光伏發(fā)電接入量的大幅增加會對當地電網造成何種影響（主要為電壓、潮流等），同時也是為了能夠使新能源布局更為科學，使新能源建設能夠與電網升級同步開展，全面協(xié)調源—網—荷的發(fā)展，保障新能源消納安全，以及電網電壓安全。因此，結合以上情況，本文對蚌埠供電區(qū)光伏接入消納能力及電網電壓進行調查研究。

2 實證研究

通過對有關材料進行調查分析，我們發(fā)現，新能源的消納能力以及配電網的電壓水平主要受以下因素影響，分別是系統(tǒng)調峰能力、電網輸電能力、新能源并網技術以及調度運行水平等影響，在這之中最主要的影響因素是系統(tǒng)調峰能力和新能源并網技術。因此本文在考慮了以往的光伏接入方案之后，結合了光伏能源密集發(fā)展區(qū)域的相關電網發(fā)展經驗，通過基于PSD-BPA（電力系統(tǒng)分析軟件）數據建模后的VSAT（電壓安全評估）仿真，基于P－V分析，V－Q分析，模式分析，連續(xù)潮流 ，靈敏度分析的電壓穩(wěn)定分析方法，分層分區(qū)確定區(qū)域電網在接入規(guī)模、負荷水平、網架結構及電源調峰能力等綜合因素動態(tài)影響下的新能源消納水平和電壓安全策略。

2.1 光伏資源概況

在地理位置方面，蚌埠市處于安徽省淮北平原以及江淮丘陵的交界處，處于淮河中游位置，并且其地形主要是由平原構成，地勢方面呈現出東南低，西北高的特點。同時由于其位于北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)與南溫帶半濕潤季風氣候區(qū)的過渡帶，因此其具有季風顯著，四季分明，的特點，其全年氣候較為溫和，降雨量適中，并且擁有充足的日照，年日照時數平均2157.5小時，平均氣溫15.1°C，平均年降水量905.4毫米，平均無霜期217天。

蚌埠地區(qū)是全國太陽能資源三類地區(qū)，其具有十分豐富的太陽能，并且直接輻射量占到了總輻射量相當大的比重。太陽總輻射值的變化規(guī)律與天文輻射變化基本一致，年際變化較小，因此其具有非常不錯的光能資源利用條件。當地的地理條件十分適于開發(fā)太陽能光伏發(fā)電項目。而截至到2016年8月，蚌埠供電區(qū)已接入光伏裝機26.457MW；光伏接入報裝和批復達324MW。具體進度如下表所示：

表1 蚌埠光伏項目進度統(tǒng)計匯總 單位：MW

從地理分布上進行分析，我們發(fā)現蚌埠計劃新增光伏發(fā)電項目主要集中于鳳陽、固鎮(zhèn)兩個地區(qū)，其他位置除了五河有少量分布以外，并沒有新增光伏接入計劃。

2.2 固鎮(zhèn)縣地理位置及人文環(huán)境

固鎮(zhèn)縣（見圖1）是安徽省蚌埠市下轄縣，其地理位置位于安徽省東北部，淮河中游北岸，固鎮(zhèn)縣的政府所在地在城關城，所規(guī)劃面積為38.5平方公里，而整個固鎮(zhèn)縣的面積為為1363平方公里。

固鎮(zhèn)縣的經濟發(fā)展十分不錯，其是安徽省十分重要的糧油以及畜牧類生產基地，同時安徽省對于其經濟發(fā)展也給予了非常大的政策關注，其共擁有三個省級工業(yè)園區(qū)，這三個園區(qū)分別是固鎮(zhèn)經濟開發(fā)區(qū)、蚌埠銅陵現代產業(yè)園和全民創(chuàng)業(yè)園。因此固鎮(zhèn)縣對于能源的需求也十分大。

同時固鎮(zhèn)縣的歷史底蘊也十分深厚，其早在秦國時期就已經開始建城，當時隸屬于泗水郡 ，之后隨著朝代的更替而不斷發(fā)展。同時固鎮(zhèn)縣更是歷史上十分有名的“垓下之戰(zhàn)”的發(fā)生地，垓下城址也被評為“淮河流域第一城”。

2.3 測量方式

依托已完成的區(qū)域電網規(guī)劃、區(qū)域中長期負荷預測、分布式光伏裝機規(guī)劃，作為課題研究的邊界條件，仿真工具采用BPA+DSA Tools中的電壓安全分析模塊（VSAT）。本次仿真的基本原理是：研究選定區(qū)域內光伏電源的發(fā)電特性，建立分布式電源模型和區(qū)域電網模型，通過建立仿真場景從現狀光伏出力開始，基于靈敏度分析法，考察分布式電源接入容量增加時指標的變化，選取一定容量值為步長，逐步增加光伏接入容量直到存在指標出現越限時為止，監(jiān)控接入點的母線電壓，每迭代一次計算一遍潮流，當監(jiān)控點電壓達到電壓越線標準或電壓崩潰點時，給出光伏接納的最大水平。

綜合衡量各類運行狀態(tài)下基于電壓安全約束的消納能力，按上述仿真體系劃分，以各片區(qū)集群鳳陽縣電網和固鎮(zhèn)縣電網、全區(qū)電網三個層級為研究對象，虛擬光伏及分布情況不變，建模分析以下狀態(tài)：

仿真模式：現狀電網，光伏電站按規(guī)程接入運行，系統(tǒng)自動投切無功模式；

另一套數據來源于中國海關總署頒發(fā)的2008年至2015年企業(yè)進出口資料，當中包含了進出口貿易基本狀況、進出口貿易模式和企業(yè)的基本信息。

2．3．1 仿真模式：現狀電網消納仿真結果

基于現狀電網，光伏電站按規(guī)程接入運行（投入SVG），系統(tǒng)自動投切無功模式；由VSAT按步長增加光伏出力，安全電壓標準選擇1.07-0.97，各節(jié)點由VSAT自動投切參與無功平衡。

1）基于電壓安全約束，鳳陽縣現狀電網最大消納極限為417MW，電壓監(jiān)測點為220kV官塘站母線，若系統(tǒng)節(jié)點無功配置限制為15MVAR(低于10%)，則最大消納極限降至399MW；計入已規(guī)劃接入光伏260MW后，依托現狀電網，鳳陽縣電網仍可承載約157MW光伏接入；

結合縣級電網分集群可知，計劃外光伏接入，最優(yōu)分布區(qū)域為220kV鳳陽站及下級系統(tǒng)（371MW），其次為官塘站片區(qū)（197MW）；洪武站片區(qū)可消納能力約為107MW。需要注意的是，對站區(qū)集群仿真結論與縣域電網仿真結論不存在加和關系。站區(qū)集群仿真中，對站區(qū)外系統(tǒng)設定為基態(tài)運行，屬于人為強制干預后的結果，設定站區(qū)集群外光伏出力不變（恒定），針對集群內光伏出力步長增長模式下的小集群分析，規(guī)劃中宜按各集群比例及全縣電網總量消納能力規(guī)劃計劃外光伏接入布局。

2）基于電壓安全約束，固鎮(zhèn)縣現狀電網最大消納極限為372MW，電壓監(jiān)測點為220kV蔣南站母線。計入意向接入的44MW，依托現狀網架，仍可承載約328MW光伏建設接入。

2.4 小結

1）鳳陽縣現狀電網最大消納極限為417MW，計入已規(guī)劃接入光伏260MW后，依托現狀電網，鳳陽縣電網仍可承載約157MW光伏接入；基于區(qū)域規(guī)劃220kV結構無變化，鳳陽縣規(guī)劃電網最大消納極限為441MW。

2）固鎮(zhèn)縣現狀電網最大消納極限為372MW，依托現狀網架，仍可承載約328MW光伏建設接入。隨著梨花站投運以及與淝河500kV之間聯(lián)系加強，固鎮(zhèn)縣規(guī)劃電網最大消納極限為642MW；

3 結論

3.1 無功優(yōu)化總結

1）在小負荷方式情況下，固鎮(zhèn)縣電網梨花至淝河、蔣南至淝河通道均轉為光伏出力上送通道；有功、無功方向一致，電網不存在無功缺口；

2）在小負荷方式情況下，對應消納極限水平，鳳陽縣電網中鳳陽至禹會轉為光伏出力上送通道；有功、無功方向相反，鳳陽電網仍存在無功缺口；

3）結合極限消納水平下傳統(tǒng)電廠出力看，龍子湖電廠仍要承擔區(qū)域負荷總量約15%的平衡任務，同時要對鳳陽區(qū)域提供無功補給，因此隨著光伏接入增加，因盡可能在鳳陽電網各站點增加無功補償容量，以增加電網電壓安全性。

4）從V-Q曲線模擬來看，隨著負荷增加，應對各集群無功進行提升改造，以大負荷方式下可投無功能夠對應電壓安全上限。

3.2 工作建議

1）建議結合集群消納分析，在之后進行接入方案研究時，對鳳陽縣新增光伏優(yōu)先接入鳳陽站下級系統(tǒng)，之后才是官塘站；固鎮(zhèn)區(qū)域優(yōu)先考慮計入新建梨花站下級（孟嘉、樓東下級），要注意避免多個光伏集中，以免造成蔣南站35kV側電壓過高，形成安全隱患。

2）同時建議在后續(xù)系統(tǒng)進行規(guī)劃改造時，要結合相關分析工作，適當提升官塘站、洪武站片區(qū)無功補償配置容量，同時要配合蔣南站二期，新增小分組無功補償，平滑PV曲線。各110kV節(jié)點按照附表4.2建議結合技改綜合核定實施，其中市區(qū)部分應注意電纜充電功率與無功配置協(xié)調問題。

3）本文對于區(qū)域的消納能力得出一個宏觀指標值，在每一個光伏電源接入系統(tǒng)時，還應根據負荷預測及電源規(guī)劃，進行電力平衡分析，除考慮地區(qū)總消納容量，還應綜合考慮地區(qū)已并網、在建的電源項目，具體分析變電站的間隔資源、主變容量、輸電線路的輸送限額等因素，遵守自下而上、分層分區(qū)的原則，逐站、逐變、逐線來計算電網可消納容量。

4）結合本文的研究成果，在進行新能源規(guī)劃時，要遵守科學發(fā)展，統(tǒng)籌協(xié)調的原則，想辦法提高新能源發(fā)電規(guī)劃與電網規(guī)劃的協(xié)調性，特別是如果要進行大容量的新能源發(fā)電規(guī)劃，那么更應全面考慮系統(tǒng)電源結構、制定相應的配套調峰調頻電源規(guī)劃，提高系統(tǒng)調節(jié)能力，同時還要合理控制接入規(guī)模，對新能源的并網進行規(guī)范管理。

吳斌（1970—），男，大學本科，畢業(yè)于福州大學電力系統(tǒng)及其自動化，高級工程師，國網蚌埠供電公司書記。

李奇（1987—），男，碩士，畢業(yè)于長沙理工大學電力系統(tǒng)及其自動化，工程師，現供職于國網蚌埠供電公司。

楊曉艷（1969—），女，大學本科，畢業(yè)于北京航空航天大學電氣工程及其自動化，工程師，現供職于國網蚌埠供電公司。

任衛(wèi)明（1977—），男，大學本科，畢業(yè)于上海電力學院電氣工程及其自動化，工程師，現供職于國網蚌埠供電公司。