論大容量光伏電站對(duì)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

寧夏賀蘭京能新能源有限公司 劉 銘

光伏發(fā)電技術(shù)早已被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域，徹底解決人類能源緊缺及自然環(huán)境污染等方面問(wèn)題，尤其是大容量光伏電站，是區(qū)域光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用的核心基礎(chǔ)，對(duì)于地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的影響較為深遠(yuǎn)。因此，本文以大容量光伏電站的理論及特征為切入點(diǎn)，進(jìn)一步對(duì)大容量光伏對(duì)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的具體影響進(jìn)行分析，希望以此為地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量的提高提供有效建議。

光伏電站的生產(chǎn)特性與傳統(tǒng)火電廠比較，存在著明顯差異性，即受大容量光伏電站接入的影響，不同程度上波及以往電網(wǎng)中調(diào)控運(yùn)行、電網(wǎng)規(guī)劃、潮流分布及電壓穩(wěn)定等方面內(nèi)容。同時(shí)，配電網(wǎng)中設(shè)置光伏電站能大大減輕網(wǎng)絡(luò)耗損，控制偏遠(yuǎn)地區(qū)的電網(wǎng)投資建設(shè)成本，換而言之光伏電站對(duì)于火力發(fā)電的沖擊及影響較為深遠(yuǎn)，所搭建的智能化電網(wǎng)具有占地面積小及投資量少等鮮明特點(diǎn)，不止提高電力生產(chǎn)效率，更降低網(wǎng)損。結(jié)合統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，光伏電站的波動(dòng)性強(qiáng)，尤其是大容量光伏電站的波動(dòng)早已達(dá)到100MW級(jí)，夏季用電高峰階段極易出現(xiàn)火電廠與光伏電站搶占輸電通道的問(wèn)題。鑒于此，本文針對(duì)“大容量光伏電站對(duì)地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的影響”進(jìn)行分析研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 大容量光伏電站

1.1 大容量光伏電站概念及送電方式

大容量光伏電站經(jīng)光伏電池板收集光能，再轉(zhuǎn)化為電能，并且單個(gè)光伏電池板的輸出電壓及電流較小，往往需要選擇多個(gè)光伏電池板，進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)連接，否則難以形成光伏陣列，無(wú)法取得令人滿意的發(fā)電效果。由此可見(jiàn)，大容量光伏電站依靠光伏陣列生產(chǎn)及轉(zhuǎn)化電能，極大程度上提高總體工作效率。同時(shí)，光伏電站的供配電系統(tǒng)可劃分為35kV及110kV兩種類型，與主電網(wǎng)間相連接，共同組成地區(qū)電網(wǎng)架構(gòu)。即便光伏電站具有受端電網(wǎng)的設(shè)計(jì)特征，但是無(wú)法滿足大容量的送電需求，甚至極個(gè)別線路不符合N-1的標(biāo)準(zhǔn)。從技術(shù)角度來(lái)看，大容量光伏電站的送電方式仍存在著技術(shù)層面的局限。

1.2 工作原理

大容量光伏電站的發(fā)電能力普遍為兆瓦級(jí)別，具備獨(dú)立自主的集群控制生產(chǎn)體系，不止能有效并聯(lián)數(shù)個(gè)變流器，更能與中央控制系統(tǒng)相匹配，控制光伏發(fā)電站各個(gè)子系統(tǒng)，保證光伏電站經(jīng)電網(wǎng)與變流器間相互連通。同時(shí)，變流器具有其他工具不存在的控制功能，基本實(shí)現(xiàn)有功或無(wú)功出力的目標(biāo)，有助于控制有功變化量，清除諧波的消極影響。當(dāng)下我國(guó)多數(shù)光伏發(fā)電站內(nèi)含多個(gè)基礎(chǔ)單元組合體系，即每一個(gè)光伏電源的容量超過(guò)1MW大關(guān)，尤其是大容量光伏電站中光伏陣列組件，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，電流能直接流經(jīng)匯聚至母線位置，真正意義上做到完成變流器電能傳輸。

2 大容量光伏電站的特征及現(xiàn)狀分析

不同于其他類型電站，大容量光伏電站的并網(wǎng)難度較高，特別是系統(tǒng)中所使用的逆變?nèi)萜黝愋拖鄬?duì)豐富多樣，例如：具體實(shí)踐期間，可組合形成多個(gè)逆變器。同時(shí)，大容量光伏電站的光伏陣列規(guī)模龐大，難以保障所有組件性能相一致，而上述基礎(chǔ)特征，促使大容量光伏電站極易于并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)技術(shù)層面的問(wèn)題，例如：諧波超標(biāo)或難以抑制等。由此可見(jiàn)，光伏發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)中單臺(tái)逆變器所產(chǎn)生的諧波，對(duì)于電網(wǎng)的影響相對(duì)輕微，但是逆變器經(jīng)并聯(lián)處理后，所產(chǎn)生的諧波可能存在著較大的相互性作用。

一旦運(yùn)輸距離過(guò)長(zhǎng)則可能造成諧波嚴(yán)重超標(biāo)的問(wèn)題，反而波及電能質(zhì)量，是現(xiàn)階段我國(guó)大容量光伏電站并網(wǎng)所面臨的重要問(wèn)題。光伏陣列的特性曲線變化復(fù)雜，大大增加曲線變化的分析難度。同時(shí)，光伏陣列的組件規(guī)模相對(duì)龐大，不同于單個(gè)組件，僅僅呈現(xiàn)出理想特性，可能具備P-V溫度特性及基礎(chǔ)運(yùn)輸特性，說(shuō)明其變化規(guī)律復(fù)雜，尤尤其是對(duì)于部分地區(qū)電網(wǎng)的影響較為深遠(yuǎn)，不同程度上波及其發(fā)電運(yùn)行效率，甚至波及電能產(chǎn)量及周邊居民日常生活工作。

3 大容量光伏電站對(duì)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的具體影響分析

如前所述，對(duì)大容量光伏電站的特征及現(xiàn)狀有了一定程度的了解。而從實(shí)踐來(lái)看，大容量光伏電站對(duì)地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行的影響范圍較廣?？偨Y(jié)起來(lái)，具體影響如下：

3.1 綜合影響

大容量光伏電站的出力幅度與地區(qū)級(jí)電網(wǎng)運(yùn)行間存在著密切聯(lián)系，即日照條件不足時(shí)則直接影響大容量光伏電站自身出力幅度，促使其始終處于波動(dòng)狀態(tài)，導(dǎo)致光伏電站有功處理期間可能出現(xiàn)電伏跳變的問(wèn)題。具體說(shuō)來(lái)，光伏電站裝機(jī)容量增加后，地區(qū)電網(wǎng)日照時(shí)間不變時(shí)，其電網(wǎng)類型改為主變上送型電網(wǎng)，而遭遇陰天環(huán)境時(shí)，其電網(wǎng)類型改為受端電網(wǎng)。由此可見(jiàn)，立足于多方面因素，綜合考慮地區(qū)電源最大及最小的開(kāi)機(jī)方式，發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電及電流輸送具有明顯的間歇性特征，說(shuō)明此階段所產(chǎn)生的電源波動(dòng)性較強(qiáng)，可能影響大容量光伏發(fā)電站的運(yùn)行成本，甚至波及其運(yùn)行穩(wěn)定性。

大容量光伏電站的消納及遠(yuǎn)距離送電能力對(duì)于地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的影響較為深遠(yuǎn)，尤其是電壓及電能，一旦處理措施不得當(dāng)則直接影響周邊居民正常生活及工作。例如：以電壓為例，所產(chǎn)生的波動(dòng)及影響呈現(xiàn)出程度分化的狀態(tài)。同時(shí)，光伏電站不同于傳統(tǒng)火力發(fā)電，存在電壓調(diào)整區(qū)別較大的問(wèn)題，特別是大容量光伏電站接入電網(wǎng)后，大大增加電壓控制的難度，促使電壓呈現(xiàn)出波動(dòng)幅度過(guò)大的表現(xiàn)，甚至難以于日后進(jìn)行處理及調(diào)整。即便當(dāng)下我國(guó)大容量光伏電站已設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行地區(qū)級(jí)電網(wǎng)調(diào)試，但是深受動(dòng)態(tài)容量補(bǔ)償不到位等因素的影響，可能削弱其原本的裝置調(diào)度能力。

3.2 火電組運(yùn)行及備用容量影響

大容量光伏電站運(yùn)行期間不可避免存在一定的波動(dòng)性，尤其是最大波動(dòng)值可達(dá)到1000MW級(jí)，而遭遇夏季高峰用電情況時(shí)則極易出現(xiàn)火電廠出力的現(xiàn)象，例如：夏季雷雨季節(jié)，光伏電站的出力值始終無(wú)限趨近于零，勢(shì)必需要火電廠迅速增加出力，否則無(wú)法保證光伏發(fā)電站處于正常運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，大容量光伏電站所使用的電源多為分布式電源，一旦接入電網(wǎng)后則可能產(chǎn)生電流波動(dòng)的情況。電流波動(dòng)現(xiàn)象的產(chǎn)生原因相對(duì)復(fù)雜，與小水電、太陽(yáng)能光伏及風(fēng)力發(fā)電間存在著密切聯(lián)系，而處于生產(chǎn)不利條件下，分布式電源主動(dòng)投切，能保證地區(qū)級(jí)電網(wǎng)接入全新的分布式電源，保證其運(yùn)行安全性。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性影響

大容量光伏電站接入分布式電源入網(wǎng)后可能引發(fā)各方面問(wèn)題，例如：分布式電源不發(fā)功或無(wú)法發(fā)功等，不同程度上影響配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，而上述問(wèn)題的產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，與明顯缺少無(wú)功功率間存在著密切聯(lián)系。一般說(shuō)來(lái)，分布式電源的功率處于0.97～0.99，遭遇風(fēng)電場(chǎng)或水電工程中裝機(jī)容量過(guò)大時(shí)則極易出現(xiàn)無(wú)功功率不足的現(xiàn)象，反而破壞電網(wǎng)電壓原有的穩(wěn)定性，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)電壓完全崩潰。同時(shí)，規(guī)劃設(shè)計(jì)配電時(shí)傾向于以受電型電網(wǎng)為參考依據(jù)，擬定相應(yīng)的設(shè)計(jì)分析方案，但是不同于大容量光伏發(fā)電站，其并網(wǎng)操作處于配電網(wǎng)連接分布式電源后期，存在配電網(wǎng)基礎(chǔ)運(yùn)行特性發(fā)生變化的可能性。

同時(shí)，光伏電站與配電網(wǎng)并線運(yùn)行后，直接影響其系統(tǒng)安全性可靠性、運(yùn)行穩(wěn)定性，特別是遭遇潮流變化后，不利于配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)工作有序開(kāi)展，甚至導(dǎo)致保護(hù)定值的流程日趨復(fù)雜多樣。從運(yùn)行穩(wěn)定的角度來(lái)看，光伏電站自身具備一定的電源性特征，而大容量光伏電站與普通光伏電站相似，其電源屬性表現(xiàn)相對(duì)強(qiáng)烈，但是對(duì)于系統(tǒng)穩(wěn)定性約束的表現(xiàn)仍尚未達(dá)到理想狀態(tài)。

結(jié)語(yǔ)：通過(guò)本文探究，認(rèn)識(shí)到由于國(guó)家光伏扶貧政策持續(xù)推進(jìn)，促使以大容量光伏電站為典型代表的新能源得到迅速發(fā)展。同時(shí)，光伏并網(wǎng)對(duì)于地區(qū)電網(wǎng)的影響較為深遠(yuǎn)，而地區(qū)電網(wǎng)必須高度重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建設(shè)及運(yùn)行等環(huán)節(jié)，主動(dòng)迎合消納新能源的基礎(chǔ)要求，形成科學(xué)合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，方可保證大容量光伏所產(chǎn)生的電能就地消納，甚至可利用搭建超高壓電網(wǎng)的手段，進(jìn)行遠(yuǎn)距離電能輸送，否則可能阻礙區(qū)域經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展?？偠灾?，大容量光伏電站建設(shè)地區(qū)級(jí)智能化配電網(wǎng)是不可阻擋的主流趨勢(shì)，說(shuō)明智能化配電網(wǎng)能滿足光伏電站生產(chǎn)運(yùn)作的要求，進(jìn)一步使我國(guó)未來(lái)電力事業(yè)向綜合化、人性化及智能化方向轉(zhuǎn)變。