青海省光伏電站接入電網調度模式探討

李春來，朱慧敏

(1.青海電力科學試驗研究院，青海 西寧 810008;2.青海電力信息通信公司，青海 海晏 812200)

青海省光伏電站接入電網調度模式探討

李春來1，朱慧敏2

(1.青海電力科學試驗研究院，青海 西寧 810008;2.青海電力信息通信公司，青海 海晏 812200)

1 青海省太陽能資源現狀分析

青海省位于青藏高原東北部，地處東經89°35'～103°04'，北緯 31°39'～ 39°19'之間。東西長約1200 km，南北寬800km，面積為72萬km2，與甘肅、四川、西藏、新疆毗鄰，是聯結西藏、新疆與內地的紐帶。青海全省地貌復雜多樣，五分之四以上的地區為高原。東部多山，海拔較低，西部為高原和盆地，全省平均海拔高度3000m以上。

青海省地處中緯度地帶，太陽輻射強度大，光照時間長，年總輻射量達5800MJ/m2～7400MJ/m2，其中直接輻射量占總輻射量的60%以上，僅次于西藏，位居全國第二。從氣象部門提供的青海省度總輻射空間變化統計結果可以看出，其空間分布特征是西北部多，東南部少，太陽資源特別豐富的地區位于柴達木盆地、唐古拉山南部，年太陽總輻射量大于6800MJ/m2;太陽資源豐富地區位于海南(除同德)、海北、果洛州的瑪多、瑪沁、玉樹及唐古拉山北部，年太陽總輻射量達6200MJ/m2～6800MJ/m2;太陽能資源較豐富地區主要分布于海北的門源、東部農業區、黃南州、果洛州南部、西寧市以及海東地區，年太陽總輻射量小于6200MJ/m2。

青海柴達木盆地是我國太陽輻射資源最豐富的地區之一，年太陽總輻射量范圍在6618.3MJ/m2～7356.9MJ/m2之間，高于我國東部同緯度地區，太陽輻射資源的空間分布由西向東呈逐漸遞減趨，各地太陽總輻射量普遍超過6800MJ/m2，最高達7357MJ/m2，平均年太陽總輻射量為7000MJ/m2;柴達木盆地晴天多、利用佳期長(一年中日平均氣溫穩定通過0℃的日數)，年日照小時數在3000h以上，是青海省日照小時數最長的地區，也是青海省日照百分率最大的地區。

格爾木市平均每天日照時間接近8.5h，年均日照時數為3096.3h，年太陽總輻射量為6600MJ/m2～7100MJ/m2，是柴達木盆地太陽能資源豐富地區之一。根據青海省柴達盆地“千萬千瓦級”光伏發電基地發展規劃，預計2020年青海光伏發電總裝機容量超過750萬kW。本文對青海光伏電站接入電網調度模式進行了研究，要析了電網調峰模式對光伏電站裝機容量的影響，探討了光伏電站調度模式及電網負荷特性，為青海并網光伏電站提供參考。

2 青海電網調峰能力分析與光伏電站調度模式研究

2.1 電網調峰能力對光伏電站裝機容量的影響

光伏發電具有隨機性、間歇性和周期性的特點，目前，光伏發電電力尚不能參與電力平衡并進入發電計劃安排。光伏發電電力的消納，只能按《可再生能源法》的要求，并網后由電網公司全額收購。光伏發電只在白天發電，夜間輻照度為零，出力也為零;日出后太陽輻射逐漸增強，到中午時分達到高峰，光伏電站也隨著輻射增強而出力增加，中午時分出力達到最大，在光伏電站有出力時，電網中其他電源需要調整出力，讓出負荷由光伏發電供電;當云層飄過時，光伏電站出力迅速下降，其他電源的出力必須相應增加，補充光伏發電減少造成的電力缺額。

光伏發電上述特點決定了光伏發電并網運行時，必須由其他常規電源為其有功出力提供補償調節，以保證對用電負荷持續、可靠、安全地供電。這種對光伏發電有功出力的補償調節，可以看成對負的負荷波動的跟蹤，也就是我們所說的對光伏發電的“調峰”。這種為光伏發電準備的可調容量，是電網接納光伏發電能力的考核條件之一。

光伏發電的存在，相當于在電網中增加了一組負的“不確定負荷”。光伏發電功率的波動，完全依據天氣狀況隨機變化，比電網正常的負荷變化快很多，據實測結果，云層的飄過可以使光伏電站出力迅速減少高達70%。因此，為光伏發電準備的可調容量，不能靠臨時性的啟停機完成，而是處于旋轉備用狀態。光伏發電裝機容量越大，為此準備的旋轉備用量也就越大。

2.2 青海電網典型方式下的調峰能力分析

青海省水資源非常豐富，2010年1000MW以上的水電站有公伯峽、積石峽、龍羊峽、李家峽和拉西瓦電站，調峰可以通過本省內電源實現。青海電網不參與調峰的機組有:自備電廠滿足企業負荷，出力相對穩定，一般不參與調峰;小水電多無調節能力、小火電機組由于經濟性原因亦不參加調峰。

水電優先調峰的優點在于能最大程度地發揮青海電網內大水電機組調峰的優勢，提高電網運行的經濟效益;但在枯水季節并不適用，在水電調峰容量不足的運行方式如冬小方式下，需依靠西北網內火電機組參與調峰才能平衡光伏發電。按現有的光伏發展規劃，2010年青海電網的調峰能力可以滿足光伏發電發展的要求。

2.3 青海電網負荷特性分析

從青海電網負荷分析可以發現，青海電網第二產業用電量比例一直保持在80% ～92.8%之間，工業的生產經營狀況對青海省電網負荷的影響非常大，2008年底由于金融危機，工業用電大幅減少，導致2008年電網冬季負荷出現低谷。但多年運行結果顯示，青海電網年最高負荷大多出現在11月和12月，最小負荷主要在5月和6月。年平均日負荷率在0.9左右，負荷率較高是由于青海電網負荷以工業負荷為主，第三產業及城鄉居民生活用電比重相對較小的負荷構成特點所決定。

由于工業負荷比重過大，使得青海電網日負荷沒有固定的規律性，雙峰特征不明顯。一般情況下，青海電網有三個峰值負荷時段，分別為上午8∶00、中午12∶00和晚上21∶00，而且三個峰值負荷大小基本接近，差別不明顯。而青海電網低谷負荷在半夜到凌晨5:00前比較常見，但同時白天也有負荷很低甚至低于凌晨時段負荷的時候。

2.4 光伏電站調度模式的探討

光伏電站調度模式是建立在光伏電站接入電網后，滿足系統調峰、備用的基礎上，按照優先調度光伏發電的原則進行電力電量分配與電力系統調度的模式。調度模式不同于購銷模式，它是為保證電網安全和經濟而采取的一種方式，著眼點放在電力電量平衡方式。根據2010年電力需求預測，青海省用電量約為435億 kW·h，光伏電站按裝機容量利用1800h測算電量為3.6億kW·h。

青海省的光伏發電采用就地平衡為主的調度模式，或稱作省內平衡模式，該模式有三種方式:

第一種調度模式，現階段是將光伏發電電力電量在整個青海電網內進行平衡，實施統一調度分配、同一共享備用容量，一方面可減小光伏發電對地區電網的影響，另一方面可以利用青海電網調峰容量，實現資源合理配置，這也符合節能調度、經濟調度的原則。這種方式下可以優化系統的開機方式，避免了省內平衡光伏發電時預留調峰容量過大的浪費。在這種調度模式下，可以充分挖掘青海水電的調峰能力，便于在光伏電站出力發生突變時實施實時電力電量交易。

第二種模式，今后隨著青海光伏發電規模的進一步發展擴大，在光伏發電電力和電量達到比上階段更大的規模時，除了在青海電網內進行平衡之外，還可以積極利用西北電網進行平衡。這種調度模式相當于在更大的電網內消納光伏發電的電力與電量，進一步降低了光伏發電的不確定性對電網運行的影響，可以實現資源的優化配置。不利的因素是進行西北全網平衡需要進行頻繁的實時電力電量交易，在目前市場體制尚不健全的情況下實施難度比較大，如何引導西北其余省份消納光伏發電電力電量是一個需要解決的問題。

第三種模式，今后隨著青海省柴達木盆地“千萬千萬級”光伏發電基地［1］的建設及大規模光伏電站的并網發電，除了在西北電網內進行平衡之外，還可以考慮利用直流外送通道在整個國家電網層面進行平衡。這種調度模式相當于在更大的電網內實現能源資源的優化配置，能夠有效地解決能源資源的大規模、遠距離低損耗傳輸問題，顯著提高發電設備的綜合利用效率、電網的傳輸效率和用戶的電能使用效率，充分發揮電網的節能增效作用。

但是由于青海地區光伏電站處于電網末端，利用全網調峰來平衡光伏發電的波動時，可能會造成電網某些環節出現輸電瓶頸，因此為了配合光伏電站的大規模開發與利用，青海電網需要切實加強電網建設，消除輸電瓶頸;調峰過程中若電網中樞點電壓異常或輸電線路過載，需限制包括光伏發電和常規電源在內的機組出力調整或開停機。從技術層面分析，青海750kV電網“十二五”目標網架可以提供電網保障，并利用青海電網的水電強大的調峰能力，確保青海電網內部分地區電網中的大規模光伏發電的開發利用與送出。

因此，無論采用何種調度模式，光伏發電功率的準確預測對于確保電網平衡光伏發電波動、減少備用容量和經濟運行都將發揮極其重要的作用。隨著青海地區光伏電站大規模開發和并網，必須配套建設完備、高效、高精度的光伏發電功率預測系統。

3 結語

在青海地區光資源分析、光伏電站開發及電網發展規劃的基礎上，分析了青海電網調峰能力，探討了光伏發電調度模式，計算了光伏發電接入對電網的影響。主要研究結論及建議總結如下:

(1)青海地區大量的水電資源是青海地區光伏電站大規模開發的重要保障。水電調峰優勢突出是青海地區光伏發電大規模開發的有利條件。2010年，青海電網水電裝機比重大概占全省總裝機容量的83.3%，水力發電調度靈活、調節能力強，承擔著青海電網的主要調峰任務。水電優先調峰的優點在于能最大程度地提高青海電網運行的經濟效益并提高響應速度。但在枯水、防凌等季節，水電調峰容量不足時，需要依靠青海電網內的火電機組參與調峰，才能平衡光伏發電注入功率對電網的影響。

(2)青海地區并網光伏電站必須實施全青海電網統一調度運行模式。為保證大規模光伏發電的可靠送出和青海電網安全穩定運行，青海地區并網光伏電站必須實施全青海地區統一調度、全網統一調峰和全網備用共享的調度運行模式。

(3)青海地區并網光伏電站必須考慮在國家層面內進行分配。青海地區光資源蘊藏量極為豐富，目前省(區)政府、有關發電企業投資建設光伏電站的積極性非常高，預計到2020年，青海地區光伏電站總裝機容量將達到750萬kW。為保證青海光伏發電全額收購與消納，青海地區光伏電站集中大規模開發和投產，光伏發電電量仍然全部由所在網省(區)消納在技術和管理層面均存在較大困難，需要全國范圍內進行配置。隨著青海地區光伏電站大規模開發，應加強電網建設。

［1］青海省柴達木盆地千萬千瓦級光伏發電基地規劃報告［R］.西安:西北水利水電勘測設計研究院，2009.

［2］中國新能源網數據庫，我國亟須加快光伏發電基地建設［EB/OL］.http://www，newenergy.org.cn/html/01011/11261037335_1.html，2010 － 12 － 26.

［3］青海科協網數據庫。柴達木盆地將成全國太陽能發電基地［EB/OL］.http://www.qhkxw.com/News/Info.asp?infoid=1593，2010－06－30.

［4］吳晶晶.青海將建百萬千瓦級太陽能基地［N］.國家電網報，2009－04－12.

Discussion on photovoltaic power station access network scheduling model in Qinghai province

青海省太陽能資源豐富，開發利用潛力巨大。根據青海省柴達木盆地“千萬千瓦級”光伏發電基地發展規劃，預計2010年青海省光伏發電總裝機容量將達到20萬kW，2020年遠景規劃裝機容量超過750萬kW，2030年遠景規劃總裝機容量達到2000萬kW。但是，青海省光伏發電也面臨著諸如光伏電站調度困難等技術、經濟問題，必須妥善解決。針對青海省光伏電站接入電網調度模式開展相應工作，意圖對青海省并網光伏電站及電網的安全、穩定、運行提供有益指導。

光伏;并網;負荷特性;調峰

In Qinghai province，development and utilization of solar energy resources potential is enormous.According to the Qaidam basin"Million Kilowatts of Qinghai province level photo voltaic power base development planning，Qinghai province to 2010，with a total installed capacity of photovoltaic energy will reach 20 million kilowatts，2020 vision installed capacity than 750 million kilowatts，with a total installed capacity of vision in 2030 to 20 million kilowatts.However，Qinghai photovoltaic energy is also facing difficulties，such as photovoltaic station scheduling techniques，economic problems must be solved properly.Based on Qinghai photovoltaic station access network scheduling model，with the intention of working out corresponding Qinghai province power grid photovoltaic power station and the safe and stable operation and provide helpful guidance.

photo voltaic;grid;load characteristics;load

TK51

B

1674－8069(2011)02－058－03

2010-09-21;

2011-02-21

李春來(1980-)，男，遼寧省朝陽人，工程師，從事風電、太陽能等新能源接入電網等方面的研究工作。E－mail:lichunlai0216@163.com