光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的影響

朱 昊

（淮安三新供電服務(wù)有限公司，江蘇 淮安 223300）

0 引 言

就近年來的能源開發(fā)與使用情況來看，傳統(tǒng)非再生資源不但存在能源緊缺的問題，而且造成了較嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。為了實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久開發(fā)、應(yīng)用與良好發(fā)展，進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的有效轉(zhuǎn)型勢(shì)在必行。隨著全球經(jīng)濟(jì)化形式不斷發(fā)展，清潔性能源正不斷廣泛普及和應(yīng)用，并呈現(xiàn)出可將傳統(tǒng)能源取而代之的發(fā)展趨勢(shì)。就太陽能來說，其具有取之不盡、節(jié)能減排等特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)，深受人們的喜愛。在未來發(fā)展中，將進(jìn)一步擴(kuò)大光伏發(fā)電系統(tǒng)的具體使用范圍。與此同時(shí)，光伏電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行主要依靠多個(gè)電力控制系統(tǒng)的合理控制，包括自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)。

1 光伏并網(wǎng)與電力自動(dòng)化發(fā)電控制系統(tǒng)

近些年，我國(guó)正逐漸普及和推動(dòng)新能源的有效應(yīng)用，例如地?zé)崮?、風(fēng)能、水能以及太陽能等，這些非常規(guī)性能源正在逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石油和煤炭等能源。在新興能源項(xiàng)目中，開發(fā)及應(yīng)用得最普遍的就是太陽能。與此同時(shí)，太陽能與我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境建設(shè)等領(lǐng)域的有機(jī)結(jié)合也愈發(fā)緊密，光伏發(fā)電方面的相關(guān)產(chǎn)業(yè)也在迅速發(fā)展[1]。根據(jù)相關(guān)能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)在2020年和2021年的各類發(fā)電方式發(fā)電量與增長(zhǎng)率如表1所示。

表1 各類發(fā)電方式所發(fā)電量與增長(zhǎng)率

光伏發(fā)電出力具有一定的隨機(jī)性、波動(dòng)性，其在發(fā)電量方面是隨著太陽光照強(qiáng)度的變化而變化。白天光照強(qiáng)度較大，光伏出力??；而在夜間光照強(qiáng)度為零，光伏的出力效果也為零[2]。光伏出力存在明顯的波動(dòng)性，給電力系統(tǒng)的自動(dòng)化發(fā)電控制帶來了很大的挑戰(zhàn)。由于系統(tǒng)負(fù)荷會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，因此對(duì)于電力自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在的系統(tǒng)負(fù)荷變化的不確定性，需要配置相應(yīng)的自動(dòng)化發(fā)電控制系統(tǒng)，以此來對(duì)其進(jìn)行有效控制和應(yīng)對(duì)。但在系統(tǒng)中引入光伏電站后，光伏出力是否適宜也會(huì)存在一定的不確定性，此時(shí)需要設(shè)置旋轉(zhuǎn)備用容量，以便在自動(dòng)化發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)不確定性問題時(shí)及時(shí)解決。在具體光伏并網(wǎng)運(yùn)作時(shí)，光伏出力較小的話，系統(tǒng)的常規(guī)機(jī)組就需要不斷加大發(fā)電出力，為系統(tǒng)提供負(fù)荷需求要素。光伏出力比較大的話，就需要有效減小發(fā)電出力，以確保電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)電功率動(dòng)態(tài)平衡[3]。

自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)發(fā)電頻率，針對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)分量的不同，可以劃分為一次、二次和三次調(diào)頻，以合理分配機(jī)組的調(diào)節(jié)功率。一般情況下，光伏并網(wǎng)后需將自動(dòng)發(fā)電控制、安全約束經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建閉環(huán)式自動(dòng)化電力控制系統(tǒng)，以便更好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定斷面的預(yù)防及校正控制。

2 電網(wǎng)的自動(dòng)化電壓控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段，我國(guó)光伏行業(yè)的發(fā)展取得了一定成效，在太陽能電池組件、電池等相關(guān)設(shè)備制造以及高純多晶硅原材料的生產(chǎn)等領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位[4]。光伏發(fā)電需要用到大量的電力電子裝置、系統(tǒng)，光伏并網(wǎng)對(duì)自動(dòng)化電力控制系統(tǒng)有著一定的影響。光伏發(fā)電系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)總體框架

受太陽能能源的影響，光伏發(fā)電的無功功率會(huì)隨著有功功率的變化而產(chǎn)生變化，而電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的無功功率水平與電壓有著緊密的聯(lián)系。隨著無功功率的充裕情況而變化，功率充裕則能力強(qiáng)，無功功率不足則應(yīng)對(duì)能力弱，因此極易出現(xiàn)電壓發(fā)生崩潰的現(xiàn)象。

電網(wǎng)系統(tǒng)較常用的電壓調(diào)整方式有多種，包括對(duì)有載變壓器的分接頭位置進(jìn)行合理調(diào)節(jié)、并聯(lián)電容器等[5]。對(duì)于有著較多光伏并網(wǎng)的區(qū)域，應(yīng)增加無功電源的配備。此外，在進(jìn)行光伏并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，配備相應(yīng)的設(shè)備，如表2所示。

表2 光伏并網(wǎng)相關(guān)設(shè)備

3 電網(wǎng)的穩(wěn)定控制系統(tǒng)

光伏發(fā)電利用太陽能電池板將太陽產(chǎn)生的能源成功轉(zhuǎn)化為電能，是國(guó)家在大力鼓勵(lì)、推廣使用的新型發(fā)電能源項(xiàng)目。不論是大規(guī)模、集中式的光伏電站，還是分布式、裝機(jī)容量較小的分布式光伏，光伏的總裝機(jī)容量都在不斷擴(kuò)大[6]。由于光伏出力存在一定的不確定性與波動(dòng)性，因此需要設(shè)置更多、更好的輔助服務(wù)，以確保光伏并網(wǎng)后系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)自動(dòng)化電力控制系統(tǒng)出現(xiàn)情況而無法穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)具體情況自行啟用相關(guān)負(fù)荷控制策略。系統(tǒng)依據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷的分布情況及故障程度，按照分輪次的形式來切除相關(guān)負(fù)荷，從而確保系統(tǒng)正常、穩(wěn)定運(yùn)行[7]。在切除相關(guān)負(fù)荷后，通過多能互補(bǔ)和增加儲(chǔ)能裝置等措施，滿足電力系統(tǒng)對(duì)棄光電量的需求[8]。

4 發(fā)展展望

為了保障未來我國(guó)光伏發(fā)電不斷朝著高質(zhì)量、高效率等方向發(fā)展，需要提高大電網(wǎng)的高效化與智能化水平?；诟咚佟㈦p向通信技術(shù)，充分合理利用較先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)、傳感技術(shù)以及電力控制方法，促進(jìn)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展[9]。此外，不斷強(qiáng)化清潔類新能源的開發(fā)與應(yīng)用。在新能源的開發(fā)利用過程中，微型能源網(wǎng)是一個(gè)比較重要的方向。微能源網(wǎng)是能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)核心子單位，通過對(duì)相關(guān)應(yīng)用能源進(jìn)行存儲(chǔ)、優(yōu)化和配置，可以有效促進(jìn)用能負(fù)荷平衡。

5 結(jié) 論

相較于傳統(tǒng)能源存在環(huán)境污染等問題，光伏發(fā)電主要以太陽能為主，具有無污染排放、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，基本不受資源分布等客觀因素的限制。在我國(guó)未來新能源的結(jié)構(gòu)組成中，光伏發(fā)電所占比重不斷增加。通過消除光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)相關(guān)自動(dòng)化控制系統(tǒng)所產(chǎn)生的不利影響，擴(kuò)大光伏并網(wǎng)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)光伏產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。