大容量光伏电站对地区级电网运行的影响分析

孙仪+麦立+贾伟+梁肖+田跃军

摘 要：文章对大容量光伏电站的概念和优点做了简要论述，并介绍了其在省内的发展状况。指出了大容量光伏电站对地区级电网运行的问题，分析了大容量光伏电站发电就地消纳和远距离输送模式的优劣，提出了针对大容量光伏发电并网后电网调控运行的新方法。

关键词：大容量光伏；地区电网；电网调控

中图分类号：TM732 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）31-0175-02

1 概述

近年来，我省光伏发电规模迅速增长，2014年3月，我省在金寨县开始光伏扶贫试点，取得较好成效。2016年，国家能源局批复了《金寨县创建国家高比例可再生能源示范县规划》，到2020年，建成可再生能源发电装机570万千瓦，其中光伏发电320万千瓦，风电80万千瓦，水电160万千瓦，生物质能发电10万千瓦。2016年，六安电网最大负荷167.4万千瓦。由此可见，六安电网将逐渐由主变下受型向主变上送型电网转变，到2020年左右，在水电大发时期及光伏出力较大的时段，六安电网向主网上送将达到近300万千瓦，现有的输变电设备容量将无法满足大规模光伏发电的消纳需要。

由于光伏电站相比于传统的火电厂特性有很大的不同，大容量光伏电站的接入，对传统电网的潮流分布、电压稳定、电网规划、调控运行等方面都将产生较大的影响。在配电网中加入光伏电站，从而降低网损，减少偏远地区对电网的投资，分布式光伏发电有着环境友好、占地面积小、投资少、网损小等优点，是未来智能电网的重要组成部分，但是如何将大容量的光伏并网产生的电能顺利送入主网，是今后电网调度需要重点研究的问题。

2 大容量光伏电站的组成

2.1 光伏阵列

光伏发电是利用光伏电池板将光能转化为电能，但是单个的光伏电池板因为其输出的电压和电流都太小，所以一般都是将多个光伏电池进行串联和并联，并形成光伏阵列，这就形成了一个单独的光伏阵列。

2.2 大容量光伏电站的基本原理

大容量光伏电站一般达到兆瓦级，通过集群控制的方法使变流器并联运行，同时利用中央控制系统对整个光伏电站的各个子系统进行。光伏电站和电网通过变流器相连，因此要求变流器具有相应的控制功能、可以对有功出力和无功出力进行控制、降低有功变化量、去除谐波等。大型光伏电站一般是由几个基本单元组成，每个光伏单元的容量约1MW。其中，大容量的光伏阵列组件在光电转换以后，经过汇流母线，将电能传输给变流器，再由变流器转换为交流，通过变压器的升压后并网。

2.3 光伏電站的送出方式

当前，大部分光伏电站均通过35kV或者110kV系统与主网相连，但是现有的地区电网网架结构、设备状态等方面在设计时是作为受端电网考虑的，现在已不能适应大容量光伏电力的送出需求，无法达到对大容量光伏电站的满出力送出要求，而且，部分线路无法满足N-1原则，这样就形成了光伏送出的瓶颈问题。

3 大容量光伏电站对电网运行的影响

3.1 出力大幅波动对电网的影响

光伏电站的出力波动受日照条件影响明显，光伏电站的有功出力呈现跳变的变化特点，这样就需要增加大量的火电旋转备用。六安地区光伏电站装机容量迅速增加，该地区电网在日照充足时为主变上送型电网，而在阴天时，又变成一个受端电网，对火电的旋转备用要求很高，同时对地区电网的网架结构规划，风电的调峰也提出了更高的要求。在电网规划建设时，通过多角度考虑地区电网的负荷特性，统筹考虑该地区的各种电源的最小和最大开机方式，特别要考虑到径流式小水电和光伏、风电等具有间歇性、波动性强的电源。大容量光伏电站的并网电压应当考虑合适的电压等级，从运行成本和可靠性等多方面考虑光伏电站的消纳及远距离输送要求。

3.2 对电压的波动影响

光伏电站与常规电厂在电压调整方面有较大的区别，在大规模光伏接入电网以后，会对电网电压控制造成困难。因为现有的光伏电站功率因数均在1以下，无法对电网的无功进行支撑。其次是大规模的光伏发电，受到日照影响明显，电网潮流变化较大，无法对无功进行分层分区进行控制，这样就造成地区电网电压波动大，难以调整。虽然现在光伏电站均配备了动态无功补偿装置，但由于动态容量补偿不足，而且对无功补偿装置缺乏统一调度，当电网发生较大扰动时，无法快速的对电网提供有效的无功支撑，而且在故障切除后，容易造成无功过剩，造成系统过电压。

3.3 对电能质量的影响

光伏电站的并网变流器会产生谐波和三相电流不平衡的问题，由于输出功率的不确定性，容易造成电网电压的波动和闪变。当前制约光伏电站并网的最主要的问题之一就是谐波问题，很多大容量光伏电站就存在谐波过高的问题，在阴天的时候谐波问题会更加明显。在大容量光伏电站中，即使单个变流器产生的谐波较小，在多个变流器并联以后，输出的电流中谐波就可能会超标。由于大容量光伏电站一般采用的是无源滤波，而且一个光伏电站是很多个光伏模块通过长距离的电缆接入汇流母线，无源滤波器的电流会造成谐振，使某些谐波放大。

4 大容量光伏电站对地区级电网的影响

4.1 对地区火电机组运行的影响

光伏电站的运行具有波动性，而大容量光伏电站的波动达到100MW级，在实际运行中，在夏季高峰时段，存在光伏电站与火电厂抢输电通道的问题，造成火电厂窝出力。而遇到午后雷雨，光伏电站的出力接近于0，又会造成火电厂需要迅速增加出力。

4.2 对电网备用容量的影响

分布式电源接入电网的波动是由风力发电、小水电、太阳能光伏发电等引起的，而这些电源的功率对于电网完全是随机的。在最不利的条件下，整个分布式电源的功率投入或切除。如果要接入大量的分布式电源，则相应的要在电网中配备一定容量的备用电源，即火电机组的旋转备用，用于在分布式电源输出功率波动时平衡发电与负荷的需求，保证电网安全稳定运行。今年由于煤价上涨幅度较大，火电厂来煤质量也受到影响，调峰能力受到限制，不能达到最大或最小出力，削弱其调峰能力。endprint

4.3 对系统运行稳定性的影响

大规模的分布式电源接入电网，由于分布式电源不发无功或者是无功发不出的现象经常发生，配电网中缺乏相应的无功功率，獎导致整个配电网电压稳定性降低。分布式电源的功率因数一般达到0.98～0.99，但是当风电场或小水电的装机容量较大，且无功功率不足时，就容易对电网的电压稳定性造成影响，严重时会造成系统电压崩溃。

在以前的配电网规划和设计中，是按照受电型电网设计的，在光伏电站并网在配电网后，配电网的运行特性发生了明显的变化，事故处理和运行可靠性研究不能采用传统的分析模式，研究表明，光伏电站与配电网并网运行后，系统的稳定性和可靠性将有所下降。对于接入配电网的大容量光伏电站，由于潮流的变化使得配电网电压调节难度增大，保护装置的定值整定更加复杂，由于电网从自身稳定运行角度出发，要让光伏电站具备一定的电源属性，但目前的大容量电站和传统的火电站相比，还远未达到这些要求。

4.4 对地区电网调控运行的影响

在今年的迎峰度夏中，该地区电网产生了一个新的变化，在以往夏季高负荷期间，午后时段一般是整个电网出力较为紧张的时段，此时气温高，负荷需求大，造成火电机组满负荷运行。今年由于大容量光伏电站陆续并网，在午后时段日照强烈，光伏电站承担了较多的负荷。

快速增长的光伏电源给地区电网的安全稳定运行带来了新的挑战，在当前的配电网中，这些新接入电网的光伏电站对调控运行人员来说是陌生的，有些电站在EMS系统中还不可见，对运检人员来说也是新事物，因此必须提升现有的调控工作管理水平与技术支持水平，才能有效应对电网产生的新问题。因此，需要优先对接入大容量光伏电站的配电网进行智能化改造，提升配电网的实时监控能力。其次，要高度重视光伏电站对传统配电网保护装置及安全自动装置的影响，重新计算保护定值。对配电网中卡脖子的设备进行集中更换，从而应对低负荷时段时，由于光伏大发造成设备过载问题。

当配电网中的光伏发电比例较大时，实现配电网的功率平衡与安全运行，并且还要保证供电的可靠性及电能质量等，因此建设智能配电网就成了必然要求。

5 结束语

随着国家光伏扶贫政策的不断推进，以大容量光伏电站为代表的新能源仍将迅速发展，光伏并网对地区电网的影响不断增强，地区电网的结构设计和建设、运行等工作必须适应新能源消纳的基本需求，建设合理的电网结构，从而保证大容量光伏产生的电能就地消纳或者通过超高压电网进行远距离输送。

参考文献：

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