地区电网对光伏的消纳能力评估及提升策略分析

范旭光 杨梦 梁晓乐 马平 赵淑晓

摘要：近年来新能源的发展建设形势较好，各类不同形式的新能源的并网容量也在不断增加，渗透性不断提高，对传统的电力系统产生了较大的冲击。其中光伏电站由于建设地点较为灵活，目前已经广泛接入电力系统，但地区电网对光伏的消纳能力有限，需要对电网的消纳能力进行评估，以保证电网运行的安全性和稳定性，本文针对此进行了研究，同时还介绍了提升光伏消纳能力的具体策略。

关键词：地区电网光伏电站功率反送消纳能力

Evaluation of Photovoltaic Absorption Capacity of Regional Power Grid and Analysis of Its Promotion Strategy

FAN XuguangYANG MengLIANG XiaoleMA Ping  ZHAO Shuxiao

（State Grid Henan Power Company， Baofeng County Power Supply Company， Baofeng，  Henan Province， 467400 China）

Abstract： In recent years， the new energy development situation is good， the grid capacity is also increasing， the traditional power system had a greater impact. Among them， photovoltaic power stations have been widely connected to the power system due to their flexible construction sites， but the absorptive capacity of the Regional Power Grid is limited， and the absorptive capacity of the power grid needs to be evaluated， in order to ensure the security and stability of power grid operation， this paper also introduces specific strategies to enhance the capacity of photovoltaic absorption.

Key Words： Regional Power Grid; Photovoltaic Power Station; Power Back Transmission;Absorptive capacity

在新型电力系统中，其典型的形态特征是以新能源发电为主体，其中光伏是一种技术较为成熟的绿色低碳能源，发展及建设前景较好，在电网中所接入的分布式及集中式光伏容量也逐年增加，有的变电站已经出现了较为明显的功率向更高电压等级反送的情况，不利于地区电网的经济运行和能源的高效利用。为此本文详细分析了地区电网对光伏的消纳能力。本文首先分析了光伏电站的出力特性，之后阐述了电网对光伏的消纳能力评估等内容，最后介绍了提高地区电网对光伏消纳能力的具体措施。

1 光伏电站的出力特性分析

光伏电站的建设场景较为丰富，包括屋顶光伏、山区光伏等。由于光伏的出力大小和光伏电池板上所接收到的太阳光照强度相关，在白天光照情况较好时，其出力较大。在夜间时段，分布式光伏电站的出力为零。其典型的出力特性曲线如下图1所示。

由于太阳光照强度存在着较大的随机性，光伏电站的整体出力表现出明显的波动性，这要求电网具备较强的调节能力，并留有较大的备用容量。同时由于在分布式光伏电站的逆变器中，采用了较多的电力电子设备，在运行的过程中会消耗大量的无功[1]，使得电压水平容易偏低，故在分布式光伏电站中还需要配置相应的无功补偿装置，以保证分布式光伏电站的安全稳定运行。

2 地区电网对光伏的消纳能力评估

2.1 评估光伏消纳能力的必要性

分布式及集中式光伏电站并网容量的增大，对地区电网的运行会带来较大的影响。在早期分布式光伏装机容量较小的情况下，地区电网消纳光伏并不存在太大的问题。但一个区域电网，在调峰电源、可控负荷、网架拓扑等灵活性资源有限的情况下，对光伏的消纳具有一定的限度，否则将限制电网运行方式的灵活性，或者出现弃光现象。合理评估分析地区电网对光伏的消纳能力，规范光伏接入并网，使其在地区电网的运行承载能力范围之内，才可以使建设光伏电站得以批准。这将有利于后期地区电网的运行，保证电网的稳定。

2.2 电网对光伏的消纳能力分析

地区电网对光伏消納能力的影响因素较多。首先是当地的电网网架结构是否能够灵活倒换各种运行方式。当某条线路的光伏出力较高而出现功率反送到高电压等级，甚至引起主变的重载或者过载时，需要更改电网运行方式，将光伏功率传输到负荷较重的供电区域。其次是地区电网的负荷特性。如果当地的负荷特性和光伏的出力特性能够相互匹配，也能提高消纳能力[2]。最后是地区电网的调峰能力及系统的备用容量设置情况。这些都对消纳能力具有重要的影响，其中光伏消纳能力评估的基本流程如图2所示。

从图2的光伏消纳能力评估流程图中可以看出，首先要选取相应的计算场景，包括设置好典型的负荷曲线及光伏出力曲线等，这样就可以为下一步的评估分析提供数据。由于光伏的出力波动性较大，计算的时间尺度可以选取15min为一个时段，将全天分为96个时段。通过计算网络潮流，观察网络中是否出现了堵塞情况，如果没有，则进一步增大光伏的出力数值，直到网络中出现线路堵塞，即可评估出该地区电网对光伏的消纳能力大小。

3 提升地区电网对光伏消纳能力的措施分析

针对制约地区电网对光伏消纳能力的影响因素，从工程实践成熟程度层面出发，提高电网消纳能力的措施主要可以从网络解和非网络解两个方面考虑。网络解主要是从技术层面来改变系统的网架结构，特别是已经出现光伏消纳堵塞情况的部分网架，这可以起到放宽线路功率约束的作用，从而提高电网的消纳能力[3]。非网络解侧重从管理层面上来改变负荷用电的峰谷时刻，使电力用户在光伏出力较高的时段多用电，从而提高电网的消纳能力，但需要出台配套的鼓励政策才能在实际中取得较好的应用效果，以下分别进行分析。

3.1 网络解

网络解主要通过改变地区电网的网架结构，来提高电网的消纳能力，也可称之为进行电网改造。网络阻塞问题是制约地区电网对新能源消纳的关键性因素之一。从网络解层面解决阻塞问题的主要措施包括以下几点。一是加装联络线或者新建变电站，通过提高地区电网的联络率来解决阻塞问题。二是增大变压器容量或者扩建主变，提高变电站的传输容量，特别是已经出现重载的主变压器[4]。三是提高输配电线路的传输容量，这样也会使系统的运行方式更为灵活，更好地消纳光伏功率。四是增加储能设备，当前很多光伏电站也在逐步计划建设配套的储能电站，从而起到平滑光伏出力曲线的作用。储能电站在运行时，将白天的光伏发电量通过储能设备先加以存储，在夜间晚高峰时段再使储能装置运行在放电状态[3-4]。

3.2 非网络解

非网络解是指在不对地区电网的整体网架结构更改的情况下，提高地区电网对新能源的消纳能力的措施。若地区电网中有完善电力需求侧控制及管理制度，可以从电力需求侧入手，在不对电网进行投资的前提下，提高电网对新能源的消纳能力。主要可采取的措施包括以下几点。一是利用电价杠杆，通过峰谷电价政策，引导电力用户调整用电时段，特别是大用户的生产用电时段，减小负荷峰谷差率，提高电网接纳新能源发电的能力。二是采用蓄冷蓄热技术，将制冷制热负荷也纳入可控范围之内，达到移峰填谷的目的。三是结合增量配电网和电力市场的建设，进一步挖掘电力调控的潜力。增量配电网的建设增加了负荷调控的灵活性和可控性，对于电网消纳光伏具有积极意义。随着光伏并网容量的增大，今后消纳光伏将是电网运行及管理中的一项重要任务[5-6]，本文所分析的地区电网对光伏的消纳能力评估及提升策略具有较高的实际应用价值。

4 结语

在地区电网对光伏消纳能力的评估中，主变容量的限制、线路传输容量的限制、站間联络线的数量等都对地区电网消纳光伏有一定的影响。本文系统分析了通过采取主变扩建、新建变电站和联络线等电网改造的方式，以加强供电网架从而提高电网对光伏的消纳能力，同时还介绍了从电力负荷管理的角度采取提升光伏消纳能力的措施，在实际的电网运行管理中可以加以应用。

参考文献

[1] 霍东亨.探讨分布式光伏发电并网对配电网运行安全的影响[J].科技创新与应用，2017（3）：194.

[2] 梁志峰，夏俊荣，孙檬檬，等.数据驱动的配电网分布式光伏承载力评估技术研究[J].电网技术，2020，44（7）：2430-2439.

[3] 李世龙，尹杭，刘洋.分布式光伏接入对地区配电网运行影响分析[J].电气开关，2020，58（2）：68-71.

[4] 朱建军.分布式光伏并网对配电变压器运行特性的影响研究[J].机电工程技术，2019，48（7）：177-179.

[5]黄伟.考虑分布式光储参与的配电网运行优化与控制技术研究[D].华南理工大学，2019.

[6]张锶恒.考虑分布式光伏与储能接入的配电变压器选型定容规划[D].华南理工大学，2020.