淺析對并網分布式光伏電源集中監控與出力預測的必要性

國網江西省電力有限公司寧都縣供電分公司 溫澤春 廖永華 盧英華 田益濤 李慧蕓

隨著節能減排、污染治理、環境保護等相關政策的不斷出臺，光伏發電等新能源越來越受到重視，在電力供需關系緊張的地區，小型光伏電站等分布式小電源并網可以有效緩解供電壓力，穩定區域電壓，與集中式供電相結合可以節省投資，降低能耗，提高電力系統安全性和靈活性。本文主要分析了分布式光伏電源并網的問題，并針對性分析了集中監控、出力預測的必要性。

1 引言

電力的發明和應用成為人類歷史上世界三次科技革命之一，它改變了人們的生活，至今已成為全球生產和生活的必需品。20世紀70年代后，隨著現代工業的發展，全球能源形勢緊張、資源短缺、環境惡化是國際社會所面臨的三大問題，石油、煤炭等一次能源因其不可再生和高污染性等原因越來越受到各個國家的限制，有些國家甚至制定了停止生產銷售傳統燃油汽車的時間表，我國也提出到2025年全面取消燃油汽車的目標。時下隨著全球能源緊張和環境污染問題的突顯，作為可再生、污染小、安全經濟的電能，其重要性不言而喻。2017年我國電能供應達到63625億千瓦時，雖整體供需關系相對寬松，但局部經濟相對發達地區用電高峰時段電力供需依舊偏緊。

隨著火力（燃煤）發電企業進入到去產能的新階段，風電、光伏發電等新能源新增裝機繼續保持增長。分布式電源并網數量的越來越多，其對即有電網的負面影響也越來越明顯。

2 分布式光伏發電并網的弊端

受我國補貼政策影響，光伏發電相對小水電和風力發電成本低，近幾年裝機數量急劇增多。從現有的并網光伏電站運行情況看，光伏電站并網有以下弊端：

1)不受調度監控

目前大多數分布式光伏電站是由用戶自行出資安裝，由供貨企業完成部署審核，因缺乏相應標準，光伏電站的設備功能不夠齊全，大多數未實現通訊統一和遠控功能。供電公司只通過關口表對光伏電站的并網電量和出力情況進行監測，對光伏電站的關鍵設備（逆變器、儲能電池）運行情況并未進行監控。光伏發電設備受天氣影響，如果沒有做上網輸出和儲能的調整設備，輸出電壓并非穩定的曲線；而且一旦設備故障出現突然并網或解列，會造成在運行電網的潮流方向發生變化，線路出現負荷振蕩、電壓振蕩，對主網設備的安全性和可靠性帶來一定的威脅。

2)影響主網電能質量

光伏發電因使用大量的電力電子設備，再加上各光伏設備生產企業的產品質量和質檢情況不可控，有的光伏電站并網后會造成諧波污染、電壓波動、功率下降等電能質量問題。

3)出力情況不可預估

因受天氣影響較大，光伏發電本身有離散性、波動性、間歇性的特點，其出力情況并非穩定的輸出，而部分光伏電站為節約成本，所安裝儲能設備和調節系統的配合不能達到理想目標，這就造成了光伏電站的出力情況并非線性。調度對光伏電站的出力情況不能實時掌握和預估，對主網設備調節時無法考慮其出力可能出現的變化，對電網運行的判斷容易出現偏差。

3 光伏電站集中監控和出力預測的意義

電力系統因其實時性，輸出與消耗必定相等。在有分布式光伏并網電站投入的區域，當光照較強時，會使逆變器輸出電壓增高。并網區域內用電用戶消耗不變，此時逆變器輸出電壓的增高，就會造成區域電壓明顯抬升，而且距離并網電源點越近，電壓抬升越明顯，甚至會出現電壓越上限的情況。當光照較弱時，逆變器輸出電壓降低，具備儲能電池組的電站尚能維持正常輸出，不具備儲能電池組或者電池組電量不足的光伏電站，則會在電壓低至警戒線后解列，但少數情況下逆變器未正常解列，會造成光伏電站的設備及電池組大量消耗電能，甚至出現發電量和耗電量抵消的問題。因此，電網調度部門對并網光伏電站的主要設備（并網裝置，儲能系統）應當有一定控制能力，當光照強烈，逆變器輸出電壓偏高時，指示或控制儲能系統投入吸收部分電能，或者解列部分匯流箱，保證輸出電壓在穩定區間，避免主網區域電壓非正常抬升；當光照較弱時，指示或控制逆變器切除，發電設備切除、儲能系統切除未充電電池組。通過調度光伏電站的輸出電壓和變電站母線電壓，穩定并網區域運行電壓；獲取光伏電站繼保裝置信號，對關鍵信號、危險信號記錄和告警，評估設備運行情況，對高危信號可以做到主動切除避免影響主網電力系統，督促用戶處理。

并網光伏電站的入網電能質量問題，目前供電企業已經可以通過加裝電能質量監測設備實現監測，但如何治理目前尚未有一套有效的方案。分布式光伏并網發電的電能質量問題在于：輸出電壓的不穩定、諧波。光伏電站發出諧波的問題可以通過電能質量監測設備確認后，要求光伏發電站自行治理，通過關口電能質量的監測，對其進行考評，不進行治理的光伏電站進行處罰；輸出電壓不穩定的問題，可以根據并網裝機容量、入網電源點位置、區域負荷情況等評估對區域電網電壓的影響，影響較大的光伏電站要求其安裝出力控制調節裝置，嚴格控制其輸出電壓，要求其關口輸出電壓上下限，避免因光伏電站想多發電上網就無限制抬升電壓，造成電網潮流混亂，接近電源點位置的用戶電壓不穩。

光伏電站的出力情況受光照度影響較大，因此，獲取光伏電站實時光照度和歷史數據，結合當日天氣情況，對未來數小時光照度進行預測，進而可以預測光伏電站未來數小時的出力情況，預估其出力情況可以結合用戶負荷變化及實時電壓，對調度部門調節變電站母線電壓、調整供電方式、控制光伏電站均衡上網與儲能電能等制定策略時具有一定的參考意義。

4 結語

在能源危機日趨嚴重的當下，光伏發電作為安全、污染小的新興能源得到了各個國家的大力扶持，分布式光伏發電站的并網對緩解區域供用電關系緊張情況有所幫助。分布式光伏發電在我國屬于近幾年才開始快速發展的產業，因我國采用的是不同于大多數國家的交流電系統，許多標準和管理辦法還處于摸索階段，相信隨著經驗的積累和國家及行業標準的推出會越來越規范，為我國的環境污染治理、節能減排等政策實施提供有力支撐。