安徽蚌埠電網分布式光伏消納能力評估

國網蚌埠供電公司 吳 斌 李 奇 楊曉艷 任衛明

安徽蚌埠電網分布式光伏消納能力評估

國網蚌埠供電公司 吳 斌 李 奇 楊曉艷 任衛明

1 引言

隨著國家大力扶持新能源行業，相關政策紛紛落地，蚌埠地區新能源產業也有了大幅的增加，其裝機容量以及比例與之前相比均大幅增加，數據顯示，到2016年為止，供電區使用的新能源類型主要為風電、光伏以及生物質，其容量分別為，風電99MW，光伏26.457MW，生物質54MW；同時還有大量已批復新建，包括風電接入容量48MW，生物質及垃圾焚燒發電裝機121.5MW；而光伏更是高達324MW。

在國家“十三五”期間，由于政策上的大力扶持，蚌埠供電區新能源接入規模實現了大幅增長，同時還進行了一次電網建設改造，而這些都會對蚌埠電網后續的管理以及改造維護等造成復雜的影響。因此為了調查蚌埠地區光伏發電接入量的大幅增加會對當地電網造成何種影響（主要為電壓、潮流等），同時也是為了能夠使新能源布局更為科學，使新能源建設能夠與電網升級同步開展，全面協調源—網—荷的發展，保障新能源消納安全，以及電網電壓安全。因此，結合以上情況，本文對蚌埠供電區光伏接入消納能力及電網電壓進行調查研究。

2 實證研究

通過對有關材料進行調查分析，我們發現，新能源的消納能力以及配電網的電壓水平主要受以下因素影響，分別是系統調峰能力、電網輸電能力、新能源并網技術以及調度運行水平等影響，在這之中最主要的影響因素是系統調峰能力和新能源并網技術。因此本文在考慮了以往的光伏接入方案之后，結合了光伏能源密集發展區域的相關電網發展經驗，通過基于PSD-BPA（電力系統分析軟件）數據建模后的VSAT（電壓安全評估）仿真，基于P－V分析，V－Q分析，模式分析，連續潮流 ，靈敏度分析的電壓穩定分析方法，分層分區確定區域電網在接入規模、負荷水平、網架結構及電源調峰能力等綜合因素動態影響下的新能源消納水平和電壓安全策略。

2.1 光伏資源概況

在地理位置方面，蚌埠市處于安徽省淮北平原以及江淮丘陵的交界處，處于淮河中游位置，并且其地形主要是由平原構成，地勢方面呈現出東南低，西北高的特點。同時由于其位于北亞熱帶濕潤季風氣候區與南溫帶半濕潤季風氣候區的過渡帶，因此其具有季風顯著，四季分明，的特點，其全年氣候較為溫和，降雨量適中，并且擁有充足的日照，年日照時數平均2157.5小時，平均氣溫15.1°C，平均年降水量905.4毫米，平均無霜期217天。

蚌埠地區是全國太陽能資源三類地區，其具有十分豐富的太陽能，并且直接輻射量占到了總輻射量相當大的比重。太陽總輻射值的變化規律與天文輻射變化基本一致，年際變化較小，因此其具有非常不錯的光能資源利用條件。當地的地理條件十分適于開發太陽能光伏發電項目。而截至到2016年8月，蚌埠供電區已接入光伏裝機26.457MW；光伏接入報裝和批復達324MW。具體進度如下表所示：

表1 蚌埠光伏項目進度統計匯總 單位：MW

從地理分布上進行分析，我們發現蚌埠計劃新增光伏發電項目主要集中于鳳陽、固鎮兩個地區，其他位置除了五河有少量分布以外，并沒有新增光伏接入計劃。

2.2 固鎮縣地理位置及人文環境

固鎮縣（見圖1）是安徽省蚌埠市下轄縣，其地理位置位于安徽省東北部，淮河中游北岸，固鎮縣的政府所在地在城關城，所規劃面積為38.5平方公里，而整個固鎮縣的面積為為1363平方公里。

固鎮縣的經濟發展十分不錯，其是安徽省十分重要的糧油以及畜牧類生產基地，同時安徽省對于其經濟發展也給予了非常大的政策關注，其共擁有三個省級工業園區，這三個園區分別是固鎮經濟開發區、蚌埠銅陵現代產業園和全民創業園。因此固鎮縣對于能源的需求也十分大。

同時固鎮縣的歷史底蘊也十分深厚，其早在秦國時期就已經開始建城，當時隸屬于泗水郡 ，之后隨著朝代的更替而不斷發展。同時固鎮縣更是歷史上十分有名的“垓下之戰”的發生地，垓下城址也被評為“淮河流域第一城”。

2.3 測量方式

依托已完成的區域電網規劃、區域中長期負荷預測、分布式光伏裝機規劃，作為課題研究的邊界條件，仿真工具采用BPA+DSA Tools中的電壓安全分析模塊（VSAT）。本次仿真的基本原理是：研究選定區域內光伏電源的發電特性，建立分布式電源模型和區域電網模型，通過建立仿真場景從現狀光伏出力開始，基于靈敏度分析法，考察分布式電源接入容量增加時指標的變化，選取一定容量值為步長，逐步增加光伏接入容量直到存在指標出現越限時為止，監控接入點的母線電壓，每迭代一次計算一遍潮流，當監控點電壓達到電壓越線標準或電壓崩潰點時，給出光伏接納的最大水平。

綜合衡量各類運行狀態下基于電壓安全約束的消納能力，按上述仿真體系劃分，以各片區集群鳳陽縣電網和固鎮縣電網、全區電網三個層級為研究對象，虛擬光伏及分布情況不變，建模分析以下狀態：

仿真模式：現狀電網，光伏電站按規程接入運行，系統自動投切無功模式；

另一套數據來源于中國海關總署頒發的2008年至2015年企業進出口資料，當中包含了進出口貿易基本狀況、進出口貿易模式和企業的基本信息。

2．3．1 仿真模式：現狀電網消納仿真結果

基于現狀電網，光伏電站按規程接入運行（投入SVG），系統自動投切無功模式；由VSAT按步長增加光伏出力，安全電壓標準選擇1.07-0.97，各節點由VSAT自動投切參與無功平衡。

1）基于電壓安全約束，鳳陽縣現狀電網最大消納極限為417MW，電壓監測點為220kV官塘站母線，若系統節點無功配置限制為15MVAR(低于10%)，則最大消納極限降至399MW；計入已規劃接入光伏260MW后，依托現狀電網，鳳陽縣電網仍可承載約157MW光伏接入；

結合縣級電網分集群可知，計劃外光伏接入，最優分布區域為220kV鳳陽站及下級系統（371MW），其次為官塘站片區（197MW）；洪武站片區可消納能力約為107MW。需要注意的是，對站區集群仿真結論與縣域電網仿真結論不存在加和關系。站區集群仿真中，對站區外系統設定為基態運行，屬于人為強制干預后的結果，設定站區集群外光伏出力不變（恒定），針對集群內光伏出力步長增長模式下的小集群分析，規劃中宜按各集群比例及全縣電網總量消納能力規劃計劃外光伏接入布局。

2）基于電壓安全約束，固鎮縣現狀電網最大消納極限為372MW，電壓監測點為220kV蔣南站母線。計入意向接入的44MW，依托現狀網架，仍可承載約328MW光伏建設接入。

2.4 小結

1）鳳陽縣現狀電網最大消納極限為417MW，計入已規劃接入光伏260MW后，依托現狀電網，鳳陽縣電網仍可承載約157MW光伏接入；基于區域規劃220kV結構無變化，鳳陽縣規劃電網最大消納極限為441MW。

2）固鎮縣現狀電網最大消納極限為372MW，依托現狀網架，仍可承載約328MW光伏建設接入。隨著梨花站投運以及與淝河500kV之間聯系加強，固鎮縣規劃電網最大消納極限為642MW；

3 結論

3.1 無功優化總結

1）在小負荷方式情況下，固鎮縣電網梨花至淝河、蔣南至淝河通道均轉為光伏出力上送通道；有功、無功方向一致，電網不存在無功缺口；

2）在小負荷方式情況下，對應消納極限水平，鳳陽縣電網中鳳陽至禹會轉為光伏出力上送通道；有功、無功方向相反，鳳陽電網仍存在無功缺口；

3）結合極限消納水平下傳統電廠出力看，龍子湖電廠仍要承擔區域負荷總量約15%的平衡任務，同時要對鳳陽區域提供無功補給，因此隨著光伏接入增加，因盡可能在鳳陽電網各站點增加無功補償容量，以增加電網電壓安全性。

4）從V-Q曲線模擬來看，隨著負荷增加，應對各集群無功進行提升改造，以大負荷方式下可投無功能夠對應電壓安全上限。

3.2 工作建議

1）建議結合集群消納分析，在之后進行接入方案研究時，對鳳陽縣新增光伏優先接入鳳陽站下級系統，之后才是官塘站；固鎮區域優先考慮計入新建梨花站下級（孟嘉、樓東下級），要注意避免多個光伏集中，以免造成蔣南站35kV側電壓過高，形成安全隱患。

2）同時建議在后續系統進行規劃改造時，要結合相關分析工作，適當提升官塘站、洪武站片區無功補償配置容量，同時要配合蔣南站二期，新增小分組無功補償，平滑PV曲線。各110kV節點按照附表4.2建議結合技改綜合核定實施，其中市區部分應注意電纜充電功率與無功配置協調問題。

3）本文對于區域的消納能力得出一個宏觀指標值，在每一個光伏電源接入系統時，還應根據負荷預測及電源規劃，進行電力平衡分析，除考慮地區總消納容量，還應綜合考慮地區已并網、在建的電源項目，具體分析變電站的間隔資源、主變容量、輸電線路的輸送限額等因素，遵守自下而上、分層分區的原則，逐站、逐變、逐線來計算電網可消納容量。

4）結合本文的研究成果，在進行新能源規劃時，要遵守科學發展，統籌協調的原則，想辦法提高新能源發電規劃與電網規劃的協調性，特別是如果要進行大容量的新能源發電規劃，那么更應全面考慮系統電源結構、制定相應的配套調峰調頻電源規劃，提高系統調節能力，同時還要合理控制接入規模，對新能源的并網進行規范管理。

吳斌（1970—），男，大學本科，畢業于福州大學電力系統及其自動化，高級工程師，國網蚌埠供電公司書記。

李奇（1987—），男，碩士，畢業于長沙理工大學電力系統及其自動化，工程師，現供職于國網蚌埠供電公司。

楊曉艷（1969—），女，大學本科，畢業于北京航空航天大學電氣工程及其自動化，工程師，現供職于國網蚌埠供電公司。

任衛明（1977—），男，大學本科，畢業于上海電力學院電氣工程及其自動化，工程師，現供職于國網蚌埠供電公司。