大規(guī)模分布式光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

盧海明

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515000)

0 引言

隨著能源安全和環(huán)境問題的出現(xiàn)，全球?qū)η鍧嵞茉吹闹匾暢潭纫苍谔嵘虼耍履茉窗l(fā)電規(guī)劃受到了廣泛關(guān)注，要明確其運行要求，才能在滿足電力系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，共建和諧安全的發(fā)電控制模式。

1 分布式光伏發(fā)電概述

1.1 分布式光伏發(fā)電分類

分布式光伏發(fā)電主要分為3類，具體如表1所示。

表1 分布式光伏發(fā)電類別

1)離網(wǎng)光伏發(fā)電是借助太陽電池組件產(chǎn)生電能，利用控制器控制蓄電池充電或者是滿足負(fù)載要求的基礎(chǔ)上為負(fù)載供電，若是交流負(fù)載，則需要增加逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟?/p>

2)并網(wǎng)光伏發(fā)電，在太陽能電池陣列系統(tǒng)處理基礎(chǔ)上，其發(fā)出的直流電借助逆變器之間轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔埽⑤斎氲焦搽娋W(wǎng)體系中，無需蓄電池存儲，實現(xiàn)無污染發(fā)電。

3)微網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)，集中監(jiān)控式光儲微網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏電池板的輸出與并離網(wǎng)逆變器的輸入側(cè)連接，蓄電池的充放電接口與并離網(wǎng)逆變器連接，配合雙電源切換開關(guān)備用電源，建立完整的負(fù)載供電應(yīng)用模式，整體環(huán)保效果更好。

1.2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建模

2 大規(guī)模分布式光伏發(fā)電對電力系統(tǒng)的影響

正是因為光伏電源具有無轉(zhuǎn)動慣量、外出力隨機波動、抗干擾性較差等特點較為明顯，使得大規(guī)模分布式光伏發(fā)電會對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。

2.1 對電力系統(tǒng)有功頻率特性的影響

在光伏系統(tǒng)應(yīng)用過程中，會產(chǎn)生數(shù)量級較大且頻繁的間歇性波動，這就會破壞電網(wǎng)原有的有功平衡，使得電網(wǎng)系統(tǒng)一次調(diào)頻、二次調(diào)頻以及有功經(jīng)濟調(diào)度等基礎(chǔ)特性都會受到影響，甚至?xí)黾宇l率質(zhì)量越限的風(fēng)險。也正是因為光伏系統(tǒng)的接入和應(yīng)用，使得系統(tǒng)備用優(yōu)化策略也會出現(xiàn)變動，要對調(diào)頻參數(shù)整定過程、常規(guī)機組多類型電源有功頻率等予以控制協(xié)調(diào)。

另外，在分布式光伏發(fā)電體系向著大規(guī)模方向發(fā)展的進程中，其本身就替換了原有的大量常規(guī)性電源結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)對應(yīng)的等效轉(zhuǎn)動慣量也會隨之降低，使得電力系統(tǒng)應(yīng)對功率缺額和功率波動的能力出現(xiàn)異常，若是參數(shù)較大，會造成頻率急劇變化的現(xiàn)象，影響電力系統(tǒng)的安全控制[2]。

2.2 對電力系統(tǒng)無功電壓特性的影響

目前，在沙漠或戈壁地區(qū)逐漸推進大規(guī)模分布式光伏發(fā)電項目，主要是因為當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷水平一般，接入?yún)^(qū)域的電網(wǎng)短路容量相對較小，利用高壓輸電網(wǎng)實現(xiàn)光伏電力的遠距離傳輸。也正是基于這種傳遞模式，在光伏電力隨機波動的過程中，有功出力經(jīng)過長輸電通道和近區(qū)電網(wǎng)就會對無功平衡造成影響。

1)并網(wǎng)運行的光伏電源會對電壓支撐效果形成作用，使得電壓質(zhì)量超限問題偶發(fā)，也會增加電壓失穩(wěn)的風(fēng)險概率。

2)大規(guī)模光伏分散接入配電網(wǎng)的過程中，接入的過程對電網(wǎng)原有的輻射狀網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生影響。即單電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p電源結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)的潮流分布等相應(yīng)情況更加復(fù)雜多變，最終會對配電網(wǎng)的電壓質(zhì)量產(chǎn)生影響[3]。

2.3 對電力系統(tǒng)功角穩(wěn)定性產(chǎn)生影響

盡管分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電源是靜止元件，但是其本身并不參與功角振蕩的狀態(tài)，而隨機波動或者是無轉(zhuǎn)動慣量特性會使得大規(guī)模分布式光伏體系對電網(wǎng)潮流分布、通道傳輸功率等產(chǎn)生影響，使得等效慣量逐漸降低。另外，在功角穩(wěn)定性失效的狀態(tài)下，會產(chǎn)生振蕩型失穩(wěn)問題，隨機的光伏發(fā)電系統(tǒng)運行點變化必然會對系統(tǒng)阻尼數(shù)值產(chǎn)生影響。

除此，大規(guī)模分布式光伏發(fā)電模式還會對電力系統(tǒng)擾動穩(wěn)定性、電能質(zhì)量等造成不同程度的作用，使得電源運行穩(wěn)定效果受到制約，無法滿足應(yīng)用預(yù)期，最關(guān)鍵的是，大規(guī)模光伏的接入增加了電力電子器件的數(shù)量，使得非線性負(fù)載增加，電力系統(tǒng)出現(xiàn)諧波、電能質(zhì)量污染、輸出失真等現(xiàn)象，都會制約電力系統(tǒng)常規(guī)化運行的整體效果[4]。

3 消納大規(guī)模分布式光伏發(fā)電負(fù)面作用的建議

為了有效減少大規(guī)模分布式光伏發(fā)電造成的制約作用，要整合其應(yīng)用過程，打造更加科學(xué)合理的系統(tǒng)運行模式，從而確保能從根本上消納其對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，為電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展予以支持。

3.1 新型輸電技術(shù)

正是因為光伏發(fā)電中電源存在一定的隨機波動性，所以，在實際處理環(huán)節(jié)中要將提升遠距離外送可控性作為關(guān)鍵，在輸電線通道沿線位置設(shè)置可控高波、動態(tài)無功補償SVC等，配合可控串補，就能更好地改善系統(tǒng)對光伏隨機波動性清潔能源的收納效果[5]。例如我國西北交流聯(lián)網(wǎng)通道就假設(shè)了不同種類的FACTS(柔性交流輸電系統(tǒng))的靜止串聯(lián)同步補償裝置，產(chǎn)生可控幅值和相角、同步、近似正弦電壓差，利用增加輸電網(wǎng)絡(luò)傳輸容量的方式優(yōu)化輸電網(wǎng)的應(yīng)用價值(見圖1)。

圖1 靜止串聯(lián)同步補償裝置示意圖

3.2 光伏電站規(guī)劃技術(shù)

在大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)布置的過程中，為了減少其對電力系統(tǒng)造成的影響，也要對光伏電站的安裝位置、安裝容量、投資時限、光伏逆變器模塊使用情況等予以控制，有效整合站內(nèi)連接模式的同時，確保相應(yīng)的經(jīng)濟評估內(nèi)容都能為共建和諧電力系統(tǒng)模式提供支持[6]。

1)從整體規(guī)劃布局入手，光伏電站容量規(guī)劃中，獨立光伏系統(tǒng)較為常見，要借助直觀類方式、人工智能優(yōu)化算法等解決系統(tǒng)容量規(guī)劃問題，要在分析系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)上，利用函數(shù)分析模擬方式評估其可靠性和光伏電站規(guī)劃容量的關(guān)系，從而有效計算滿足電站規(guī)劃容量參數(shù)，全面評估運營檢修成本、生命周期內(nèi)投資成本等。

2)在大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站接線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，集中式、組串式以及微逆變器式都較為常見，基于安全可靠的綜合考量，要明確設(shè)備選擇和接線處理模式。并且，有效衡量光伏發(fā)電和電力系統(tǒng)充裕度、安全性之間的關(guān)系，確保置信容量能有效量化光伏發(fā)電的容量價值。

3.3 改善太陽能消納的源網(wǎng)協(xié)調(diào)技術(shù)

因為光伏的基礎(chǔ)滲透率較大，所以，要想維持其運行的穩(wěn)定性和環(huán)保性，就要重視光伏逆變器的動態(tài)性能，有效融合虛擬同步機、友好型電源等，配合清潔能源處理方式。并且，要從出力外特性、電源本樣、控制性能和保護裝置等方面完善接入規(guī)模。另外，也要善于應(yīng)用精細化光伏預(yù)測技術(shù)，保證調(diào)度計劃和規(guī)劃運行的最優(yōu)化[7]。

4 結(jié)語

在大規(guī)模分布式光伏發(fā)電模式的處理過程中，要充分關(guān)注電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，有效融合相應(yīng)的技術(shù)方案，打造更加科學(xué)合理的運行框架，針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性建立科學(xué)的處理模式，利用太陽能消納技術(shù)促進電力系統(tǒng)可控發(fā)展，為電力系統(tǒng)可持續(xù)進步奠定基礎(chǔ)。