光伏電站和風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能容量配置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究

馬永峰

摘 要：風(fēng)電系統(tǒng)具有間歇性、波動(dòng)性的輸出特性，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。現(xiàn)階段，光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的容量配置方法是實(shí)際儲(chǔ)能工程建設(shè)中的重要研究方向，許多學(xué)者都在相關(guān)領(lǐng)域作出研究，針對(duì)大型分布式風(fēng)電光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)調(diào)峰負(fù)荷瓶頸問題，提出了容量?jī)?yōu)化配置方法。

關(guān)鍵詞：光伏電站;風(fēng)電場(chǎng)儲(chǔ)能容量配置;技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究

引言

近年來，我國(guó)的綜合國(guó)力的發(fā)展迅速，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)用電量不斷增長(zhǎng)，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來越高。由于光伏具有不確定性和間歇性等特點(diǎn)，其大規(guī)模接入對(duì)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來諸多挑戰(zhàn)，例如功率潮流倒送、新能源出力消納困難、節(jié)點(diǎn)電壓越限等。目前，儲(chǔ)能技術(shù)的研究領(lǐng)域主要包括蓄電池儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能等。其中，憑借具有高能量密度和快速充放電能力特點(diǎn)，蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可為上述問題的解決提供指導(dǎo)思路，因此BESS的優(yōu)化配置對(duì)于配電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)行具有重要研究意義。

1原因分析

（1）臺(tái)區(qū)電壓偏高。一是分布式光伏發(fā)電設(shè)備廠家與產(chǎn)品多而雜，不同品牌的光伏設(shè)備質(zhì)量參差不齊，出現(xiàn)了逆變器變壓不穩(wěn)等問題。二是臺(tái)區(qū)負(fù)荷低時(shí)，光伏發(fā)電高峰時(shí)段（如在10時(shí)至14時(shí)）造成臺(tái)區(qū)電壓偏高。（2）變壓器重過載。臺(tái)區(qū)改造受項(xiàng)目?jī)?chǔ)備立項(xiàng)、批復(fù)周期的限制而非常緩慢，導(dǎo)致很多臺(tái)區(qū)都是先接入分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目后進(jìn)行改造。分布式光伏接入的速度遠(yuǎn)高于目前配電網(wǎng)改造的速度。而當(dāng)前可采用的運(yùn)維手段有限，不能夠徹底消除變壓器重過載運(yùn)行狀況。（3）設(shè)備設(shè)施發(fā)熱。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入后，當(dāng)負(fù)荷電流大于設(shè)備運(yùn)行的額定電流，長(zhǎng)期運(yùn)行便會(huì)造成設(shè)備連接處等薄弱環(huán)節(jié)發(fā)熱。

2諧波特性與交互影響

2.1諧波特性分析

光伏發(fā)電通過電力電子器件接入系統(tǒng)，而其含有的逆變器等電力電子器件是含光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)的主要諧波產(chǎn)生器件，對(duì)電網(wǎng)中諧波特點(diǎn)進(jìn)行分析，是采取相應(yīng)諧波解決措施、保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提。光伏發(fā)電為諧波電壓源，主要產(chǎn)生3次、5次及與開關(guān)頻率有關(guān)的高次諧波。諧波電壓傳播的穿透力與電壓等級(jí)有關(guān)，從高電壓等級(jí)向低電壓等級(jí)傳播具有較強(qiáng)的穿透力;諧波在同一電壓等級(jí)中滲透與其相互距離有關(guān)，距離越遠(yuǎn)時(shí)，其穿透力越弱。多個(gè)分布式光伏系統(tǒng)并聯(lián)，或單個(gè)分布式光伏系統(tǒng)受配電網(wǎng)中阻抗的影響，其諧波明顯呈現(xiàn)寬頻域特性。分布式電源接入電網(wǎng)首端時(shí)諧波含量較高，接入末端或中端時(shí)諧波含量較低。隨著接入電網(wǎng)的分布式電源容量的逐漸增加，電網(wǎng)中的諧波污染也會(huì)越嚴(yán)重。分布式電源接入時(shí)，需通過諧波抑制裝置并網(wǎng)。諧波對(duì)電網(wǎng)的影響取決于各諧波分量的相位角，由于連接的設(shè)備多種多樣，因此畸變指數(shù)不會(huì)以簡(jiǎn)單的加法方式表現(xiàn)出來。諧波問題的分布式光伏并網(wǎng)更好，負(fù)載阻抗過高時(shí)分布式光伏不適合并網(wǎng)的結(jié)論。

2.2諧波交互影響

傳統(tǒng)的諧波分析技術(shù)利用諧波源模型進(jìn)行諧波源定位或諧波源責(zé)任劃分，僅側(cè)重于負(fù)荷側(cè)或諧波源側(cè)，未考慮二者間的諧波交互影響。逆變器等電力電子設(shè)備廣泛使用，使光伏電站諧波輸出具有高頻次、寬頻域的特性，以往光伏系統(tǒng)在電網(wǎng)中滲透率較低，產(chǎn)生的諧波電流含量較少，對(duì)電網(wǎng)影響在可接受范圍，而光伏系統(tǒng)逆變器較多，在某些區(qū)域電網(wǎng)中滲透率已足夠高，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波與輸配電系統(tǒng)的交互耦合也愈加復(fù)雜。諧波在阻抗網(wǎng)絡(luò)的傳輸中，往往會(huì)有一定頻率范圍的諧波產(chǎn)生放大。一方面是由于系統(tǒng)中固有的諧波電壓，另一方面是由于光伏系統(tǒng)接入產(chǎn)生的諧波電流。二者可能會(huì)產(chǎn)生諧波交互影響，導(dǎo)致電能質(zhì)量加劇惡化，當(dāng)多逆變器并聯(lián)時(shí)，諧波交互影響加劇。（1）建立分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)溝通協(xié)調(diào)機(jī)制。加強(qiáng)光伏專責(zé)與分布式光伏用戶的溝通協(xié)調(diào)，定期召開溝通協(xié)調(diào)會(huì)，就如何選用質(zhì)量過硬的并網(wǎng)設(shè)備，使用合格的逆變器，如何將逆變器的電壓調(diào)整至合理范圍之內(nèi)進(jìn)行討論。同時(shí)，開展好內(nèi)部協(xié)調(diào)工作，對(duì)能通過調(diào)節(jié)變壓器分接開關(guān)解決問題的，及時(shí)安排臺(tái)區(qū)經(jīng)理進(jìn)行調(diào)節(jié)，滿足人們對(duì)高質(zhì)量高可靠性供電的需求。（2）實(shí)施多維度臺(tái)區(qū)負(fù)荷優(yōu)化治理。開展現(xiàn)場(chǎng)勘察，掌握好現(xiàn)場(chǎng)第一手資料，做好臺(tái)區(qū)改造項(xiàng)目的儲(chǔ)備和優(yōu)化調(diào)整，按照輕重緩急推動(dòng)改造項(xiàng)目有效實(shí)施。運(yùn)用好運(yùn)維手段，將同一個(gè)村內(nèi)不同臺(tái)區(qū)負(fù)荷情況摸清楚，以便通過調(diào)節(jié)重過載臺(tái)區(qū)負(fù)荷至輕載臺(tái)區(qū)的方式，解決過負(fù)荷問題。合理地輪換變壓器或增容變壓器，解決分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)造成的重過載問題。

3控制策略

3.1系統(tǒng)控制流程

光伏電站完成路徑優(yōu)化和裝備優(yōu)化后，場(chǎng)站存在兩套具備暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)控制的無功源，在光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)功率執(zhí)行站側(cè)直采電壓，測(cè)量場(chǎng)站對(duì)電力系統(tǒng)的阻抗，設(shè)定穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電壓門限值（可在線變更），功率執(zhí)行站實(shí)時(shí)跟蹤電壓波動(dòng)，當(dāng)光伏電站電壓越過暫態(tài)電壓門限值時(shí)，實(shí)時(shí)計(jì)算容性或感性無功調(diào)節(jié)量，根據(jù)無功源裕度實(shí)時(shí)下發(fā)無功遙調(diào)指令群控場(chǎng)站無功源，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站級(jí)暫態(tài)電壓支撐，同時(shí)，暫態(tài)控制狀態(tài)機(jī)接收調(diào)度電壓控制指令，響應(yīng)新的目標(biāo)電壓值，從而完成場(chǎng)站級(jí)穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)節(jié)。

3.2光伏電站無功電壓控制模式

考慮光伏電站運(yùn)行工況，本方案可實(shí)現(xiàn)3種控制模式：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式、SVG檢修模式和發(fā)電檢修模式。（1）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式是指在正常發(fā)電工況下，功率執(zhí)行站優(yōu)先將光伏逆變器作為場(chǎng)站的無功電壓調(diào)節(jié)對(duì)象，SVG作為容量補(bǔ)充，降低SVG運(yùn)行損耗，提高光伏電站經(jīng)濟(jì)性。（2）SVG檢修模式是指功率執(zhí)行站能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SVG運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)SVG設(shè)備因故障檢修而離線時(shí)，功率執(zhí)行站只將逆變器作為無功電壓調(diào)節(jié)對(duì)象;當(dāng)SVG重新上線后，可自動(dòng)切換為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。（3）發(fā)電檢修模式是指功率執(zhí)行站能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏逆變器運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)部分光伏逆變器因檢修而離線時(shí)，功率執(zhí)行站能智能識(shí)別無功可調(diào)節(jié)裕度，保障發(fā)電檢修過程中光伏電站無功電壓的持續(xù)性。隨著世界能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類對(duì)環(huán)境問題的重視，太陽能憑借資源豐富、布局靈活的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)今新能源發(fā)展的主流，當(dāng)前越來越多的光伏電站投入運(yùn)營(yíng)。光伏電站的可靠運(yùn)行，需要匯流箱、逆變器等設(shè)備在無故障狀態(tài)下運(yùn)行，對(duì)光伏設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)十分重要。目前，光伏電站主要采用人工定期檢查、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控的方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于人力資源有限及傳統(tǒng)光伏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化不足，這兩種方式都存在光伏陣列監(jiān)測(cè)不足、遇到故障時(shí)無法快速定位的問題。

結(jié)語

大數(shù)據(jù)下分布式風(fēng)電光伏儲(chǔ)能容量配置通過將廣泛分布的終端用戶儲(chǔ)能設(shè)備匯集到分布式風(fēng)電光伏儲(chǔ)能中，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶的雙向交互，當(dāng)總?cè)萘坎蛔儠r(shí)，可降低高功率儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用容量，從而降低建設(shè)成本，增加輔助服務(wù)的收益。雖然從解決配電網(wǎng)安全問題的角度考慮儲(chǔ)能設(shè)備的選址和容量分配，但是忽略了儲(chǔ)能建設(shè)成本對(duì)容量配置的影響，成本是制約儲(chǔ)能系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中大規(guī)模推廣的主要因素，也是今后研究工作需要綜合考慮的重點(diǎn)。

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