太阳能光伏电站并网对山西局部电网的影响

张友民

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院，山西 太原 030001）

0 引言

光伏系统主要分为独立光伏系统和并网光伏系统。风光互补系统是并网光伏系统中的一种特殊类型。据悉，《可再生能源发展“十二五”规划》近期有望发布。《规划》中提出的太阳能发电装机目标为，到2015年达1 000万kW，到2020年达5 000万kW。《规划》还提出，到“十二五”末太阳能屋顶发电装机达300万kW，到2020年达2 500万kW。

山西右玉小五台“风光互补”10 MW并网光伏发电示范项目利用小五台风电场的有利电力系统条件以及现有大面积空地，建在风电场升压站东南方向距离150 m至1 000 m范围内的朝南的山坡。两者结合，可实现昼夜发电，在合适的气象资源下，风光复合发电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。风光复合发电还有一个显著优点就是可以经过光伏组件容量和风力发电机容量的优化后很好地降低发电成本。光伏电站并网地理接线图见图1。

1 风光互补系统发电出力特性

图1 光伏电站并网地理接线图

风电场出力的变化受风速的影响，太阳能光伏电站的实际输出功率随光照强度的变化而变化，两种新能源发电输出的电力均不稳定。风光复合发电系统的主要优点是可以互补，风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响；模块结构、积木性强，供电方式既可以集中，也可以分散供电。

风能和太阳能在时间上、地域上和经济上都有一定的互补性。白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，在冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能发电稳定可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，但随机性大，供电可靠性差。两者结合，可实现昼夜发电，在合适的气象资源下，风光复合发电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。

风光复合发电还有一个优点，可以经过光伏组件容量和风力发电机容量的优化配置，降低发电成本[1—3]。

右玉小五台风电场以及光伏电站的日出力变化情况参见图2。

图2 右玉小五台风电场及光伏电站日出力变化

右玉小五台风光互补系统日出力变化的叠加参见图3。

图3 右玉小五台风光互补系统日出力

从右玉小五台风电场及光伏电站年平均日出力变化的叠加曲线可以看出，在合适的气象资源下，风光复合发电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。

2 光伏电站并网对山西局部电网的影响

本文分析了山西右玉小五台“风光互补”10MW并网光伏发电示范项目对山西局部电网的影响。

2.1 无功补偿

由于逆变器均存在一定的无功消耗，根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》的要求，一定规模的光伏发电站无功功率应当能够在其允许范围内进行自动调节，使其光伏发电站的功率因数或变电站高压侧母线电压保持在一定范围内或某一给定值。

计算无功补偿量按照右玉小五台光伏电站一期容量10 MW考虑，需要在光伏电站升压变低压侧安装容量为2.5 Mvar无功补偿器，可以满足光伏电站并网点功率因数的要求。

由于光伏电站输出功率的随机性，投入无功补偿的大小同样跟随风电场输出功率的变化而变化，因此，建议光伏电站无功补偿类型选用动态无功补偿装置。

2.2 谐波

谐波问题是光伏发电并网引起的其中一个电能质量问题。由于光伏发电系统包含逆变器等控制系统，当控制系统运行时会向系统提供谐波电流。谐波电流大小与输出功率有关，也就是与光照量大小有关。在正常状态下，谐波干扰的程度取决于变流器装置的结构及其滤波装置状况，同时与电网的短路容量有关。

光伏电站接入后，光伏电站35 kV母线谐波电压畸变率0.25%，风电场35 kV母线谐波电压畸变率0.24%，风电场110 kV母线谐波电压畸变率0.43%，油坊110 kV母线谐波电压畸变率0.15%。光伏电站注入系统的最大为5次谐波电流为0.91 A，均在系统允许注入范围内。

2.3 电压波动

电压波动问题是光伏电站并网引起的另外一个主要电能质量问题。光伏发电随着太阳入射方向及光辐射量的变化，其功率输出具有变动的特性，可能引起所接入系统的某些节点（如并网点）的电压波动。光伏电站输出功率变化引起公共连接点电压波动1.0%，在电压波动限值范围之内。

2.4 电压不平衡度分析

右玉小五台光伏电站引起的负序电压不平衡度不超过1.1%，短时不超过2.2%。低于《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》中规定的“公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%，短时不超过4%；其中光伏电站引起的负序电压不平衡度应不超过1.3%，短时不超过2.6%”。

2.5 直流分量分析

右玉小五台光伏电站逆变器输出电流中的直流分量小于交流额定值的0.43%。低于《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》中规定的“光伏电站并网运行时，向电网馈送的直流电流分量不超过其交流额定值的0.5%”。

3 结论

a）光伏发电是目前新能源开发技术较为成熟、具有大规模开发和商业化发展前景的发电方式。利用太阳光发电则是当今世界各国为解决能源紧缺、降低温室气体排放、提高环境质量而采取的一项有效措施。该项目的建设符合我国的产业政策和能源可持续发展战略，对改变山西省传统的能源结构、实现能源供应的多元化是有益的，对改善当地电力系统的能源结构、经济发展都具有积极的作用。

b）“风光互补”特性可以缓解风电带来的电网调峰困难[4—6]。

c）风光复合发电可以经过光伏组件容量和风力发电机容量的优化后降低发电成本。

d）对投运后的光伏电站接入引起的谐波、电压波动、电压不平衡度、直流分量应做详细检测，以便进行更好分析，对后续光伏电站接入提供借鉴。

［1］ 冯丽平.风光互补发电系统设计与实现［D］.上海：上海大学，2007.

［2］ 叶漫红，林日明，蔡文.太阳能光伏电站入网方式探讨［J］.江西电力，2011，35（1）：5-8.

［3］ 何超军，王优胤，吴赛男.辽宁电网风光互补发电应用研究［J］.东北电力技术，2009（12）：27-31

［4］ 王利平，杨德洲，张军.大型光伏发电系统控制原理与并网特性研究［J］.电力电子技术，2010，44（6）：61-63.

［5］ 申健.风光联合发电系统并网运行技术的研究 ［D］.大连：大连交通大学，2007.

［6］ 雷珽，艾芊.光伏并网策略及应用研究［J］.低压电器，2010（2）：21-26.