光伏電站對地區(qū)級電網(wǎng)運行的影響
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光伏發(fā)電技術早已被廣泛應用于社會生產(chǎn)各個領域，徹底解決人類能源緊缺及自然環(huán)境污染等方面問題，尤其是大容量光伏電站，是區(qū)域光伏發(fā)電技術應用的核心基礎，對于地區(qū)級電網(wǎng)運行的影響較為深遠。因此，本文以大容量光伏電站的理論及特征為切入點，進一步對大容量光伏對地區(qū)級電網(wǎng)運行的具體影響進行分析，希望以此為地區(qū)級電網(wǎng)運行質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)中調控運行、電網(wǎng)規(guī)劃、潮流分布及電壓穩(wěn)定等方面內容。同時，配電網(wǎng)中設置光伏電站能大大減輕網(wǎng)絡耗損，控制偏遠地區(qū)的電網(wǎng)投資建設成本，換而言之光伏電站對于火力發(fā)電的沖擊及影響較為深遠，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，不止提高電力生產(chǎn)效率，更降低網(wǎng)損。結合統(tǒng)計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，光伏電站的波動性強，尤其是大容量光伏電站的波動早已達到100MW級，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題。鑒于此，本文針對“大容量光伏電站對地區(qū)電網(wǎng)運行的影響”進行分析研究具有重要的現(xiàn)實意義。
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，再轉化為電能，并且單個光伏電池板的輸出電壓及電流較小，往往需要選擇多個光伏電池板，進行串聯(lián)或并聯(lián)連接，否則難以形成光伏陣列，無法取得令人滿意的發(fā)電效果。由此可見，大容量光伏電站依靠光伏陣列生產(chǎn)及轉化電能，極大程度上提高總體工作效率。同時，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。即便光伏電站具有受端電網(wǎng)的設計特征，但是無法滿足大容量的送電需求，甚至極個別線路不符合N-1的標準。從技術角度來看，大容量光伏電站的送電方式仍存在著技術層面的局限。
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別，具備獨立自主的集群控制生產(chǎn)體系，不止能有效并聯(lián)數(shù)個變流器，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，變流器具有其他工具不存在的控制功能，基本實現(xiàn)有功或無功出力的目標，有助于控制有功變化量，清除諧波的消極影響。當下我國多數(shù)光伏發(fā)電站內含多個基礎單元組合體系，即每一個光伏電源的容量超過1MW大關，尤其是大容量光伏電站中光伏陣列組件，經(jīng)光電轉換后，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)中所使用的逆變容器類型相對豐富多樣，例如：具體實踐期間，可組合形成多個逆變器。同時，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，而上述基礎特征，促使大容量光伏電站極易于并網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)技術層面的問題，例如：諧波超標或難以抑制等。由此可見，光伏發(fā)電網(wǎng)系統(tǒng)中單臺逆變器所產(chǎn)生的諧波，對于電網(wǎng)的影響相對輕微，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。一旦運輸距離過長則可能造成諧波嚴重超標的問題，反而波及電能質量，是現(xiàn)階段我國大容量光伏電站并網(wǎng)所面臨的重要問題。光伏陣列的特性曲線變化復雜，大大增加曲線變化的分析難度。同時，光伏陣列的組件規(guī)模相對龐大，不同于單個組件，僅僅呈現(xiàn)出理想特性，可能具備P-V溫度特性及基礎運輸特性，說明其變化規(guī)律復雜，尤尤其是對于部分地區(qū)電網(wǎng)的影響較為深遠，不同程度上波及其發(fā)電運行效率，甚至波及電能產(chǎn)量及周邊居民日常生活工作。
3大容量光伏電站對地區(qū)級電網(wǎng)運行的具體影響分析
如前所述，對大容量光伏電站的特征及現(xiàn)狀有了一定程度的了解。而從實踐來看，大容量光伏電站對地區(qū)級電網(wǎng)運行的影響范圍較廣。總結起來，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)級電網(wǎng)運行間存在著密切聯(lián)系，即日照條件不足時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狀態(tài)，導致光伏電站有功處理期間可能出現(xiàn)電伏跳變的問題。具體說來，光伏電站裝機容量增加后，地區(qū)電網(wǎng)日照時間不變時，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，其電網(wǎng)類型改為受端電網(wǎng)。由此可見，立足于多方面因素，綜合考慮地區(qū)電源最大及最小的開機方式，發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電及電流輸送具有明顯的間歇性特征，說明此階段所產(chǎn)生的電源波動性較強，可能影響大容量光伏發(fā)電站的運行成本，甚至波及其運行穩(wěn)定性。大容量光伏電站的消納及遠距離送電能力對于地區(qū)電網(wǎng)運行的影響較為深遠，尤其是電壓及電能，一旦處理措施不得當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)生的波動及影響呈現(xiàn)出程度分化的狀態(tài)。同時，光伏電站不同于傳統(tǒng)火力發(fā)電，存在電壓調整區(qū)別較大的問題，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)出波動幅度過大的表現(xiàn)，甚至難以于日后進行處理及調整。即便當下我國大容量光伏電站已設置無功補償裝置進行地區(qū)級電網(wǎng)調試，但是深受動態(tài)容量補償不到位等因素的影響，可能削弱其原本的裝置調度能力。
3.2火電組運行及備用容量影響
大容量光伏電站運行期間不可避免存在一定的波動性，尤其是最大波動值可達到1000MW級，而遭遇夏季高峰用電情況時則極易出現(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限趨近于零，勢必需要火電廠迅速增加出力，否則無法保證光伏發(fā)電站處于正常運行狀態(tài)。同時，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)生電流波動的情況。電流波動現(xiàn)象的產(chǎn)生原因相對復雜，與小水電、太陽能光伏及風力發(fā)電間存在著密切聯(lián)系，而處于生產(chǎn)不利條件下，分布式電源主動投切，能保證地區(qū)級電網(wǎng)接入全新的分布式電源，保證其運行安全性。
3.3系統(tǒng)運行穩(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)各方面問題，例如：分布式電源不發(fā)功或無法發(fā)功等，不同程度上影響配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，而上述問題的產(chǎn)生原因較為復雜，與明顯缺少無功功率間存在著密切聯(lián)系。一般說來，分布式電源的功率處于0.97～0.99，遭遇風電場或水電工程中裝機容量過大時則極易出現(xiàn)無功功率不足的現(xiàn)象，反而破壞電網(wǎng)電壓原有的穩(wěn)定性，甚至導致系統(tǒng)電壓完全崩潰。同時，規(guī)劃設計配電時傾向于以受電型電網(wǎng)為參考依據(jù)，擬定相應的設計分析方案，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)基礎運行特性發(fā)生變化的可能性。同時，光伏電站與配電網(wǎng)并線運行后，直接影響其系統(tǒng)安全性可靠性、運行穩(wěn)定性，特別是遭遇潮流變化后，不利于配電網(wǎng)電壓調節(jié)工作有序開展，甚至導致保護定值的流程日趨復雜多樣。從運行穩(wěn)定的角度來看，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)相對強烈，但是對于系統(tǒng)穩(wěn)定性約束的表現(xiàn)仍尚未達到理想狀態(tài)。
結語：
通過本文探究，認識到由于國家光伏扶貧政策持續(xù)推進，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，光伏并網(wǎng)對于地區(qū)電網(wǎng)的影響較為深遠，而地區(qū)電網(wǎng)必須高度重視結構設計、建設及運行等環(huán)節(jié)，主動迎合消納新能源的基礎要求，形成科學合理的電網(wǎng)結構，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，進行遠距離電能輸送，否則可能阻礙區(qū)域經(jīng)濟長遠發(fā)展?？偠灾笕萘抗夥娬窘ㄔO地區(qū)級智能化配電網(wǎng)是不可阻擋的主流趨勢，說明智能化配電網(wǎng)能滿足光伏電站生產(chǎn)運作的要求，進一步使我國未來電力事業(yè)向綜合化、人性化及智能化方向轉變。
作者：劉銘 單位：寧夏賀蘭京能新能源有限公司
