提升電網(wǎng)新能源消納能力的方法研究

孫儀 麥立 賈偉 田躍軍 王波 呂學(xué)增

摘 要：進(jìn)入春季以來，居民取暖負(fù)荷迅速下降，光伏和風(fēng)電出力逐日增大，消納矛盾逐漸凸顯。文章通過對各發(fā)電電源的調(diào)節(jié)能力進(jìn)行比較，研究了制約新能源消納的因素，對新能源可消納的容量進(jìn)行分析，提出了針對我省電網(wǎng)提升新能源消納能力的方法。

關(guān)鍵詞：新能源發(fā)電；消納能力；方法

中圖分類號：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0120-02

Abstract： Since the beginning of spring， the heating load of residents has dropped rapidly， the output of photovoltaic and wind power has increased day by day， and the contradiction of absorption has become more and more obvious. By comparing the regulating capacity of various power sources， this paper studies the factors restricting the new energy consumption， analyzes the absorptive capacity of the new energy， and puts forward the methods to enhance the new energy absorption capacity for the power grid of our province.

Keywords： new energy power generation； absorptive capacity； method

1 概述

近幾年來，我省新能源裝機(jī)發(fā)展迅速。截止2018年3月底，全省新能源總裝機(jī)1097萬千瓦，其中風(fēng)電裝機(jī)229萬千瓦，光伏裝機(jī)868萬千瓦，同比增長87%。風(fēng)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)容量已占全省總裝機(jī)的23%，超過水電成為全省第二大電源。

特別是進(jìn)入春季以后，隨著天氣晴好，居民取暖用電負(fù)荷迅速下降，但新能源發(fā)電出力卻逐日增大。4月7日及8日全省新能源發(fā)電出力分別達(dá)到554萬千瓦及586萬千瓦，連續(xù)兩天創(chuàng)歷史新高。新能源發(fā)電出力占用電負(fù)荷比例最大達(dá)到34%，全省調(diào)峰壓力大大增加，火電機(jī)組啟用深度調(diào)峰，單機(jī)最大調(diào)峰深度達(dá)到40%。受光伏發(fā)電影響，部分線路潮流和主變上送潮流也接近滿載。

2 新能源消納的現(xiàn)狀

2.1 制約新能源消納的因素

光伏發(fā)展初期，制約消納的因素主要是縣（區(qū)）級電網(wǎng)的負(fù)荷水平以及電網(wǎng)就地和外送消納能力。全省光伏裝機(jī)比例達(dá)到一定規(guī)模后，制約消納的主要因素為春秋季全省用電負(fù)荷水平、負(fù)荷特性和省網(wǎng)電源機(jī)組的調(diào)峰容量。

結(jié)合全省負(fù)荷與光伏出力特性及發(fā)展形勢，綜合考慮省內(nèi)電源現(xiàn)狀、調(diào)峰能力及區(qū)外協(xié)議分電情況，以春、夏、秋、冬四季最大負(fù)荷日為典型日，將平衡時段負(fù)荷扣減其他各類電源最小出力后的部分，即為全省對光伏的接納能力。

2.2 各發(fā)電電源的調(diào)節(jié)能力比較

安徽省發(fā)電電源主要以火電、水電為主的傳統(tǒng)能源和風(fēng)電、光伏等新型能源組成。風(fēng)電、光伏的發(fā)電完全看當(dāng)時的天氣情況，出力變化極大。夜間光伏出力為零，發(fā)電出力不能調(diào)節(jié)，因此跟蹤用電負(fù)荷變化、維持發(fā)供電實時平衡主要靠電網(wǎng)調(diào)度不斷調(diào)整火電機(jī)組出力來實現(xiàn)。

火電機(jī)組啟停一次成本非常高，30萬千瓦的機(jī)組一次起停成本約30萬元，60萬千瓦機(jī)組約40萬元，100萬千瓦機(jī)組約50萬元。而且啟停時間長，從點火到并網(wǎng)發(fā)電一般需要8小時以上，從并網(wǎng)發(fā)電到帶到額定功率還需三四個小時，因此無法隨時安排啟停。為滿足晚高峰用電負(fù)荷需要此時光伏發(fā)電出力基本為零，全網(wǎng)必須安排足夠容量的火電機(jī)組開機(jī)作為出力調(diào)整電源，腰負(fù)荷和低谷負(fù)荷低出力運(yùn)行，晚高峰時帶滿出力運(yùn)行?；痣姍C(jī)組的出力調(diào)整范圍受鍋爐煤炭燃燒特性限制，出力過低會造成燃燒不穩(wěn)定，鍋爐容易熄火。存在一定的范圍，通常最低技術(shù)出力為機(jī)組額定容量的50%，即使經(jīng)過深度調(diào)峰改造后，調(diào)峰范圍仍然是有限的，一般可以達(dá)到機(jī)組額定容量的40%，在實際運(yùn)行中，省內(nèi)只有部分性能較好的大機(jī)組才能達(dá)到。同時，火電機(jī)組長時間的低出力運(yùn)行，也帶來煤耗高和脫硝裝置無法正常投入等問題。

3 新能源可消納容量分析

3.1 日負(fù)荷特性

我省最大負(fù)荷出現(xiàn)在夏季（7月份），最小負(fù)荷出現(xiàn)在春季（4月），春季負(fù)荷一般為夏季負(fù)荷的56%左右。根據(jù)安徽省典型日負(fù)荷曲線，春、秋、冬三季午峰一般出現(xiàn)在中午11點左右，11-13點之間負(fù)荷持下降態(tài)勢，并于12-13點之間達(dá)到中午負(fù)荷的最低值；夏季由于天氣炎熱，居民空調(diào)負(fù)荷增長迅速，午峰一般出現(xiàn)在13點，且13-15點負(fù)荷下降趨勢不明顯。

3.2 光伏出力特性

以某光伏電站（裝機(jī)為10萬千伏安）為例，對光伏發(fā)電的出力特性進(jìn)行分析，通過對歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析可知，光伏發(fā)電在春秋季出力最大，最大出力率約為85%左右，大發(fā)時段出現(xiàn)在白天11點-13點，此時午峰剛過，負(fù)荷處于低谷，系統(tǒng)面臨的調(diào)峰壓力最大。

3.3 電力系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)備用

由于風(fēng)電和光伏發(fā)電的非線性特性，隨著天氣變化，新能源發(fā)電出力經(jīng)常會出現(xiàn)突變。因此，為了保證電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定，防止新能源出力突變造成系統(tǒng)崩潰，預(yù)留充足的旋轉(zhuǎn)備用就成了一種必須條件。

4 某地區(qū)電網(wǎng)提升電網(wǎng)大規(guī)模新電源消納能力分析

4.1 地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行概況

截止2018年4月，該地區(qū)電網(wǎng)全社會用電量125.06億千瓦時，用電總量位居全省第5位，同比增長8.81%，增速位于全省第4位，占全省總用電量的比重6.51%。2017年，該電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)最大負(fù)荷303.7萬千瓦，同比增長21.5%，位于全省第2位；最大日用電量6040萬千瓦時，同比增長18.2%。

預(yù)計2018年、2019年、2020年全社會用電量分別達(dá)137.7億千瓦時、151.5億千瓦時、169.8億千瓦時，最大負(fù)荷分別達(dá)350萬千瓦、400萬千瓦、450萬千瓦，最大日用電量分別達(dá)7000萬千瓦時、8050萬千瓦時、9300萬千瓦時。

截止2017年底，該地區(qū)電網(wǎng)共擁有500千伏變電站2座（總?cè)萘?00萬千伏安）；有220千伏變電站15座（總?cè)萘?98萬千伏安），輸電線路973.65公里；110千伏變電站41座（總?cè)萘?89.15萬千伏安），輸電線路1489.95公里；35千伏變電站128座，公用箱變及配變25824臺，配電線路17891.97公里。2017年地區(qū)電網(wǎng)220千伏和110千伏容載比分別為1.38和2.05。全市戶均容量2.40千伏安/戶，市區(qū)戶均容量3.70千伏安/戶，縣域戶均容量2.25千伏安/戶。

該地區(qū)有新能源電站155座，總?cè)萘?6.963萬千瓦，其中光伏電站147座，容量82.863萬千瓦；生物質(zhì)電廠4座，容量9.3萬千瓦；垃圾電廠4座，容量4.8萬千瓦。

4.2 地區(qū)電網(wǎng)供電能力問題及對策

2017年夏高峰時段，在火電機(jī)組已經(jīng)全開滿發(fā)的情況下，潁州雙主變潮流最大已達(dá)104萬千瓦（穩(wěn)定限額為105萬千瓦），沙河雙主變潮流最大已達(dá)103萬千瓦（穩(wěn)定限額為100萬千瓦）。考慮伯陽升壓工程于2018年迎峰度夏前投產(chǎn)的基礎(chǔ)上，地區(qū)電網(wǎng)供電能力略有增長，預(yù)計可比當(dāng)前網(wǎng)架提升10萬千瓦左右，達(dá)到310萬千瓦，仍不能滿足2018年夏高峰350萬千瓦的預(yù)計負(fù)荷。2018年，潁州雙變潮流達(dá)111萬千瓦（限額105萬），沙河雙變潮流達(dá)113萬千瓦（限額100萬），220千伏張薛2746線路潮流達(dá)24.2萬千瓦（限額

23萬），均已過載。

2018年地區(qū)電網(wǎng)檢修方式下有發(fā)生四級電網(wǎng)事件的可能。220千伏徐寨變單電源或單主變運(yùn)行時，若運(yùn)行的電源發(fā)生故障，光武變將自投至東莊變帶，西園變及徐寨變35千伏母線失電，田營變通過胡界738線同時自投至其它變電站，在負(fù)荷較大時胡界738線路（線徑LGJ-240）可能因潮流過載而跳閘，田營變也將全停，導(dǎo)致縣域電網(wǎng)減供負(fù)荷可能超過40%，將構(gòu)成四級電網(wǎng)事件。

對策：（1）在徐寨變單電源或單主變運(yùn)行時，方式安排應(yīng)考慮縣域電網(wǎng)發(fā)生減供負(fù)荷40%以上的可能性，提前將田營變負(fù)荷通過太徐746線倒至其它變電站，避免發(fā)生四級電網(wǎng)事件。（2）加快220千伏陶廟變進(jìn)度，確保2018年迎峰度冬前投運(yùn)，屆時地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生四級電網(wǎng)事件的風(fēng)險將徹底消除，且能有效減輕縣域供電壓力。

4.3 地區(qū)電網(wǎng)新能源消納問題及對策

由于風(fēng)力發(fā)電的隨機(jī)性、不穩(wěn)定性，造成接入變電站母線電壓波動幅度大。需要加強(qiáng)風(fēng)電場側(cè)無功電壓管理，優(yōu)化風(fēng)電場側(cè)AVC系統(tǒng)動作策略，盡量減小因發(fā)電出力變化引起的電壓波動。

綜合考慮皖北電網(wǎng)新能源裝機(jī)、負(fù)荷水平和總體外送能力，該地區(qū)電網(wǎng)接納能力約為1000MW。地區(qū)目前已投運(yùn)和在建光伏裝機(jī)規(guī)模約1100MW，在區(qū)域周邊火電機(jī)組52%調(diào)峰深度下，存在棄光風(fēng)險；2020年前該地區(qū)若有其它新增電源，在春秋季光伏大發(fā)情況下也將面臨棄電風(fēng)險。對策：應(yīng)依據(jù)下階段地區(qū)負(fù)荷和電源發(fā)展情況，滾動校核地區(qū)電網(wǎng)接納能力。建議地方政府和企業(yè)結(jié)合后期電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)情況，合理安排規(guī)劃光伏開發(fā)規(guī)模和建設(shè)時序。

每年春秋季節(jié)的當(dāng)天中午11：00～14：00時間段出力最大，因此光伏電站滿出力時地區(qū)電網(wǎng)上送水平最高，這個時候地區(qū)電網(wǎng)的接納水平最為飽和，局部電網(wǎng)消納能力不足。如縣域大型商業(yè)光伏接入規(guī)模較大，已超縣域電網(wǎng)最大負(fù)荷，導(dǎo)致光伏出力無法就地消納。對策：皖北局部片區(qū)火電裝機(jī)較多，新能源扎堆較為嚴(yán)重，造成局部電力送出困難，應(yīng)適時開展相關(guān)地區(qū)的專題研究，統(tǒng)籌考慮地區(qū)的源網(wǎng)規(guī)劃。為解決該地區(qū)光伏消納問題光伏電站出力不穩(wěn)定，波動性較大，諧波電流問題也將更加突出。對策：電能質(zhì)量問題需要加大關(guān)注，考慮地面集中光伏電站、村級光伏、屋頂光伏接入對地區(qū)電網(wǎng)各級電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響。光伏電站中均需安裝電能質(zhì)量檢測裝置，定期檢查數(shù)據(jù)，若發(fā)現(xiàn)電能質(zhì)量超標(biāo)，則需安裝電能質(zhì)量治理裝置。

隨著地區(qū)電源裝機(jī)逐漸增大，地區(qū)電網(wǎng)的電壓水平勢必被抬高。對策：需要對現(xiàn)有無功補(bǔ)償設(shè)備能否滿足要求、如何控制電壓水平等問題需要進(jìn)行研究。配足電網(wǎng)無功補(bǔ)償設(shè)備，制訂地區(qū)電網(wǎng)對小電廠的AVC控制策略，合理調(diào)整無功平衡及電壓合格。

5 結(jié)束語

新能源發(fā)電可以減少排放、改善現(xiàn)有的環(huán)境，但是當(dāng)各種分布式電源接入電網(wǎng)的裝機(jī)容量不斷增大，對電網(wǎng)的影響也不斷增大。如何對現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)控管理模式做出相應(yīng)的調(diào)整以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，將成為電網(wǎng)調(diào)控工作研究的一個新的課題。本文闡述了新電源的特點以及對電網(wǎng)造成的影響，可以對電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行工作提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]李明，胡殿剛，周有學(xué).基于“兩個替代”戰(zhàn)略的甘肅新能源就地消納模式研究與實踐[J].電網(wǎng)技術(shù)，2016，10（40）：2991-2997.

[2]孫寅.面向新能源消納的電網(wǎng)規(guī)劃方法探討[J].中國新通信，2015，21（17）：98-99.