四川省光伏發電開發利用現狀分析及發展

吳曉剛，黃 睿

(國網四川省電力公司電源技術中心，四川 成都 610072)

四川省光伏發電開發利用現狀分析及發展

吳曉剛，黃 睿

(國網四川省電力公司電源技術中心，四川 成都 610072)

對四川電網中的光伏電站的發展現狀進行了分析，總結了其對電網安全穩定運行的影響，并提出了發展光伏發電的一些建議和措施。

光伏發電；四川電網；安全運行

1 四川省發展光伏發電的必要性

1.1 環境容量有限

四川省作為長江上游的生態屏障，肩負著維護長江上游生態的重任。固有的地形地貌，又使四川省主要人口和主要產業都聚集在盆地腹心地區。特殊的地理位置和和幾千年形成的經濟布局，使四川的環境容量相對有限，因此，必須滿足低能耗、低污染的要求。

1.2 盆地地形需要

四川盆地是全國酸雨污染最嚴重的地區之一。固有的盆地地形，使大氣污染難以擴散。一方面，盆地地形加劇了本地的大氣污染，另一方面四川的廢氣排放量又明顯偏高。大力開發使用無污染的光伏發電，對減少以二氧化碳為代表的廢氣排放具有重要作用。

1.3 降低生產成本

隨著資源日趨枯竭，同時對環保的要求越來越高，化石能源開采成本必然大幅上升。隨著移民安置和生態保護標準提高，水電的發電成本也將明顯上升。與此同時，光伏發電的開發成本由于技術的快速發展而不斷降低。大力發展光伏發電，有利于降低四川企業的生產成本和競爭能力。

1.4 供求需要平衡

四川已在整體上進入工業化中期，高能耗工業發展迅速。目前，六大高耗能工業占四川省工業增加值的比重已超過全國的平均水平。面對中國的化石能源現狀，大力增加光伏發電的產能，可以有效彌補能源供求缺口。

預計2015年四川電網需電量和最高負荷分別約225 000 GWh和4 250 MW/h，“十二五”期需電量和最高負荷年均增長率分別約7.8%和9.5%；2017年四川電網需電量和最高負荷分別約258 000 GWh和4 950 MWh；2020年四川電網需電量和最高負荷分別約302 000 GWh 和60 200 MWh ，“十三五”期需電量和最高負荷年均增長分別約6.1%和7.2%。

2 四川省光伏發電面臨的主要問題

2.1 日照時間相對不足

表1 四川電網2006—2013年電力供需增長情況表

表2 四川電網電力需求預測

圖1 四川電網電力需求預測

圖2 國家氣象局風能太陽能資源評估中心提供的中國1978—2007年平均的總輻射年總量空間分布(kWh/ m2)

盡管太陽能是取之不竭的新能源，但不同地區的太陽能資源卻存在明顯差異。中國太陽能資源分布的特點是，青藏高原為高值中心，四川盆地為低值中心。四川的氣候復雜多變,西部是川西高原，東部是川東盆地，全年云霧多、日照少，有云霧的陰天每年平均占200天以上，冬霧尤甚。由于盆地雨多、霧多、晴天較少，四川是太陽年輻射總量最小的省份之一。全省21個市州，除攀枝花、阿壩州的年平均日照時數高于2 000 h，涼山州、甘孜州的年平均日照時數接近2 000 h外，其余17個市州的年平均日照時數，均低于1 400 h。西部高原全年日照約2 000～2 500 h，太陽總輻射量多為5 000～6 800 MJ/m2；東部盆地全年日照范圍900～1600 h，盆西900～1 200 h，盆中1 200～1 400 h，盆東1 400～1 600 h。從整體來看，四川省太陽能資源不具備開發優勢，也不能成為未來能源供應主力；但可以根據區域特征，集中力量進行區域局部重點開發。

2.2 土地資源明顯不足

四川的人均土地面積只相當于全國平均水平的四分之三，人均耕地面積不到全國的一半。大量占用土地用于光伏電站建設，受到較大限制。

2.3 新能源人才嚴重匱乏

在新能源產業發展中對各類人才的需求是很大的，四川省沒有形成新能源產業人才培養體系，專門人才嚴重匱乏是制約新能源產業發展的關鍵因素之一。

3 四川省光伏發電項目開發情況

截止2014年9月，四川省已經建成的唯一一個光伏電站是樹堡鄉光伏電站，裝機容量為30 MWh。目前，省內所有太陽能發電項目已核準(備案)的有8個，裝機容量為190 MWh。獲得路條的項目有4個，裝機容量為155 MWh。處于前期調查階段的項目有5個，裝機容量為110 MWh。屬于十三五規劃的項目一共有6個。整個已有的光伏項目總裝機容量為455 MWh。

目前甘孜州擁有6個光伏項目，累計裝機容量為195 MWh，占四川省總裝機容量的42.9%。其中獲得路條的有2個，累計容量為75 MWh；備案的有2個，累計容量為60 MWh，屬于十三五規劃的有2個，累計容量為60 MWh。涼山州擁有7個光伏項目，累計裝機容量為180 MWh，占四川省總裝機容量的39.6%。其中已經建成的有1個，容量為30 MWh；已經核準的有3個，累計容量為50 MWh；獲得路條的有2個，累計容量為80 MWh；備案的有1個，容量為20 MWh。阿壩州擁有3個光伏項目，累計裝機容量為50 MWh，占四川省總裝機容量的11%。這3個光伏項目均屬于十三五規劃。攀枝花擁有1個光伏項目，容量為30 MWh，目前屬于備案狀態。

表3 四川省各市州光伏發電項目情況

4 光伏發電對電網的影響

4.1 對系統有功/無功特性的影響

光伏發電具有以下特性：1)隨機波動性；2)無轉動慣量；3)低電壓穿越的問題；4)易發生脫網；5)通過逆變器并網，具備四象限控制及有功/無功解耦控制的能力。

光伏系統的這些特性，使得大規模光伏接入后系統的穩態特性和暫態特性均發生變化，這將影響到系統的規劃和運行。光伏出力大幅、頻繁的隨機波動性對系統有功平衡造成了沖擊，進而影響到系統的一次、二次調頻等運行特性，對經濟調度產生很大的影響，頻率質量越限等風險加大；系統備用優化策略等將因光伏接入而發生變化，對與常規能源的網源協調控制以及調頻參數的整定等也提出了更多的適應性需求；同時，由于光伏電源是非旋轉的靜止元件，隨著接入規模的增大，系統等效轉動慣量降低，對系統應對功率缺額和功率波動的能力形成威脅，極端工況甚至會發生頻率急劇變化，觸發低頻減載、高頻切機等運行問題。

同時，大規模光伏集中接入點更多是在遠離負荷中心的地區，當地負荷水平較低，需要通過高壓輸電網送出。由于接入地區的電網短路容量相對較小，輸電通道距離相對較長，有功功率的隨機波動將會對電網無功平衡特性產生影響，進而造成沿途的母線電壓大幅波動。同時，由于光伏電源無功電壓支撐能力較弱，使得發生電壓質量越限甚至電壓失穩的風險加大；另外，分布式的光伏接入使得電網的結構發生變化，單電源結構變成了雙電源或多電源結構，電網的潮流分布也相應的會發生很大變化，進而對電網的電壓質量、繼電保護等問題都會產生很大影響。

4.2 對功角穩定性的影響

光伏電源本身不存在功角穩定問題，但由于其隨機波動性且無轉動慣量，同時，大規模的光伏電源接入后改變了電網原有的潮流分布、通道傳輸功率，減小了系統的等效轉動慣量；同時，考慮故障時光伏具有與常規機組不同的動態支撐性能，因此光伏電源接入后電網功角穩定性會發生變化，變化情況取決于電網拓撲結構、電網運行方式及所采用的光伏電源控制技術、光伏并網位置及規模。光伏并網還可能因低電壓穿越能力不足造成大面積脫網，這將對系統穩定性帶來的巨大的沖擊。

光伏發電的隨機波動性改變了系統運行特點，與常規機組相比，光伏發電由于采用逆變器并網，具有不同的控制策略，這些都會改變系統的阻尼，不但對系統原有的機電振蕩模式產生影響，也會帶來新頻段范圍的振蕩。

4.3 對小擾動穩定性的影響

光伏電池雖不存在機械與電磁量不平衡的動力學穩定問題，但也存在電氣運行不穩定問題，進而當大規模光伏并網后也會影響到電網的穩定性。

4.4 對電能質量的影響

由于光伏電源含有大量的電力電子器件，當大規模的光伏電源接入系統后，將會使得大量非線性負載也加入到系統中，對電力系統的電能質量造成污染，最突出的就是逆變器導致的諧波問題；當太陽光變化劇烈，引起輸出功率變化過于劇烈的情況下，將會產生較大的諧波，也會出現大規模光伏集中并網時電流諧波疊加的問題等。現有的國內外光伏電站的運行經驗表明：即使單臺并網逆變器的輸出電流諧波較小，多臺并網逆變器并聯后輸出電流的諧波也有可能超標。針對光伏接入后的電能質量問題，已經提出抑制諧波的有效方法：包括增加諧波補償器、無源固定頻次濾波器、有源濾波器、混合濾波器等；同時，直流注入，電壓波動、閃變以及電壓偏差、頻率波動等也是光伏并網需要解決的關鍵問題之一，產生原因是多方面的。目前，提出治理直流注入的有效解決方法包括：1)安裝隔離變壓器；2)設計合理的逆變器拓撲結構；3)電容隔直；4)檢測補償；5)虛擬電容法等。

4.5 對配電系統保護的影響

光伏電源接入電網后使電網的故障特征發生了變化，將會對繼電保護和自動裝置產生如下影響：

1)電網結構由單電源輻射狀網絡變為雙電源、多電源的復雜拓撲結構，從而故障電流大小、方向及持續時間均發生變化，原有饋線保護都將受到影響，保護裝置會發生誤動或拒動；

2)與變壓器相連的逆變器會額外形成接地回路，影響零序電流或在單相接地故障時的對地電壓，改變繼電保護的動作特性；

3)新增加的保護內容，如低電壓穿越、輸出諧波超標、輸出直流分量超標和三相不平衡保護等；

4)對配電系統中的線路三相1次重合閘以及變電站(開閉所)的備用電源自投裝置應用產生一定的影響。

5 光伏發電發展的策略

5.1 提升光伏能源的地位

針對四川省的地理特點，提升光伏發電在四川省經濟發展中的戰略地位。通過對光伏發電的相關規劃，統籌制訂扶持政策，積極促進四川省光伏發電的健康發展。

5.2 加強光伏產業管理

四川省的光伏發電產業剛剛起步，尚未建立專職部門，因此容易出現效率低下、重復建設等問題，不利于光伏產業的健康發展。必須根據國家政策的要求和行業發展的實際需要，切實加強光伏發電的管理，引導地方政府遏制低水平重復建設，避免一哄而上式的發展和市場形成惡性競爭。

5.3 推進光伏產業的合理規劃和布局

加強光伏產業的統籌規劃，堅持政府引導，順應市場需要，扶持光伏發電企業的同時也幫助光伏設備的相關生產企業，使之擴大發展規模，積極參與國際競爭，推動資源整合。

5.4 積極開拓多樣化市場

目前四川光伏電源具有開發價值的地方多在遠離負荷中心的偏遠地區，針對目前四川的地理環境特點，應堅持并網發電與離網應用相結合，支持小型光伏系統、分布式光伏系統、風光儲聯動應用系統、屋頂光伏發電系統等應用，開發多樣化的光伏產品。通過制定合理的上網電價標準、并提供適度的財政補貼，同時推進金融扶持，積極擴大四川省的光伏市場。

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The development status of photovoltaic power stations in Sichuan power grid is analyzed, its impact on the safe and stable operation of power grid is summarized, and some suggestions and measures for the development of photovoltaic power generation are proposed.

photovoltaic power generation; Sichuan power grid; safe operation

TK51

A

1003-6954(2015)03-0085-05

2015-02-28)