提升電網新能源消納能力的方法研究

孫儀 麥立 賈偉 田躍軍 王波 呂學增

摘 要：進入春季以來，居民取暖負荷迅速下降，光伏和風電出力逐日增大，消納矛盾逐漸凸顯。文章通過對各發電電源的調節能力進行比較，研究了制約新能源消納的因素，對新能源可消納的容量進行分析，提出了針對我省電網提升新能源消納能力的方法。

關鍵詞：新能源發電；消納能力；方法

中圖分類號：TM715 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0120-02

Abstract： Since the beginning of spring， the heating load of residents has dropped rapidly， the output of photovoltaic and wind power has increased day by day， and the contradiction of absorption has become more and more obvious. By comparing the regulating capacity of various power sources， this paper studies the factors restricting the new energy consumption， analyzes the absorptive capacity of the new energy， and puts forward the methods to enhance the new energy absorption capacity for the power grid of our province.

Keywords： new energy power generation； absorptive capacity； method

1 概述

近幾年來，我省新能源裝機發展迅速。截止2018年3月底，全省新能源總裝機1097萬千瓦，其中風電裝機229萬千瓦，光伏裝機868萬千瓦，同比增長87%。風電和光伏發電并網容量已占全省總裝機的23%，超過水電成為全省第二大電源。

特別是進入春季以后，隨著天氣晴好，居民取暖用電負荷迅速下降，但新能源發電出力卻逐日增大。4月7日及8日全省新能源發電出力分別達到554萬千瓦及586萬千瓦，連續兩天創歷史新高。新能源發電出力占用電負荷比例最大達到34%，全省調峰壓力大大增加，火電機組啟用深度調峰，單機最大調峰深度達到40%。受光伏發電影響，部分線路潮流和主變上送潮流也接近滿載。

2 新能源消納的現狀

2.1 制約新能源消納的因素

光伏發展初期，制約消納的因素主要是縣（區）級電網的負荷水平以及電網就地和外送消納能力。全省光伏裝機比例達到一定規模后，制約消納的主要因素為春秋季全省用電負荷水平、負荷特性和省網電源機組的調峰容量。

結合全省負荷與光伏出力特性及發展形勢，綜合考慮省內電源現狀、調峰能力及區外協議分電情況，以春、夏、秋、冬四季最大負荷日為典型日，將平衡時段負荷扣減其他各類電源最小出力后的部分，即為全省對光伏的接納能力。

2.2 各發電電源的調節能力比較

安徽省發電電源主要以火電、水電為主的傳統能源和風電、光伏等新型能源組成。風電、光伏的發電完全看當時的天氣情況，出力變化極大。夜間光伏出力為零，發電出力不能調節，因此跟蹤用電負荷變化、維持發供電實時平衡主要靠電網調度不斷調整火電機組出力來實現。

火電機組啟停一次成本非常高，30萬千瓦的機組一次起停成本約30萬元，60萬千瓦機組約40萬元，100萬千瓦機組約50萬元。而且啟停時間長，從點火到并網發電一般需要8小時以上，從并網發電到帶到額定功率還需三四個小時，因此無法隨時安排啟停。為滿足晚高峰用電負荷需要此時光伏發電出力基本為零，全網必須安排足夠容量的火電機組開機作為出力調整電源，腰負荷和低谷負荷低出力運行，晚高峰時帶滿出力運行。火電機組的出力調整范圍受鍋爐煤炭燃燒特性限制，出力過低會造成燃燒不穩定，鍋爐容易熄火。存在一定的范圍，通常最低技術出力為機組額定容量的50%，即使經過深度調峰改造后，調峰范圍仍然是有限的，一般可以達到機組額定容量的40%，在實際運行中，省內只有部分性能較好的大機組才能達到。同時，火電機組長時間的低出力運行，也帶來煤耗高和脫硝裝置無法正常投入等問題。

3 新能源可消納容量分析

3.1 日負荷特性

我省最大負荷出現在夏季（7月份），最小負荷出現在春季（4月），春季負荷一般為夏季負荷的56%左右。根據安徽省典型日負荷曲線，春、秋、冬三季午峰一般出現在中午11點左右，11-13點之間負荷持下降態勢，并于12-13點之間達到中午負荷的最低值；夏季由于天氣炎熱，居民空調負荷增長迅速，午峰一般出現在13點，且13-15點負荷下降趨勢不明顯。

3.2 光伏出力特性

以某光伏電站（裝機為10萬千伏安）為例，對光伏發電的出力特性進行分析，通過對歷史數據的統計分析可知，光伏發電在春秋季出力最大，最大出力率約為85%左右，大發時段出現在白天11點-13點，此時午峰剛過，負荷處于低谷，系統面臨的調峰壓力最大。

3.3 電力系統旋轉備用

由于風電和光伏發電的非線性特性，隨著天氣變化，新能源發電出力經常會出現突變。因此，為了保證電力系統的頻率穩定，防止新能源出力突變造成系統崩潰，預留充足的旋轉備用就成了一種必須條件。

4 某地區電網提升電網大規模新電源消納能力分析

4.1 地區電網運行概況

截止2018年4月，該地區電網全社會用電量125.06億千瓦時，用電總量位居全省第5位，同比增長8.81%，增速位于全省第4位，占全省總用電量的比重6.51%。2017年，該電網統調最大負荷303.7萬千瓦，同比增長21.5%，位于全省第2位；最大日用電量6040萬千瓦時，同比增長18.2%。

預計2018年、2019年、2020年全社會用電量分別達137.7億千瓦時、151.5億千瓦時、169.8億千瓦時，最大負荷分別達350萬千瓦、400萬千瓦、450萬千瓦，最大日用電量分別達7000萬千瓦時、8050萬千瓦時、9300萬千瓦時。

截止2017年底，該地區電網共擁有500千伏變電站2座（總容量300萬千伏安）；有220千伏變電站15座（總容量498萬千伏安），輸電線路973.65公里；110千伏變電站41座（總容量389.15萬千伏安），輸電線路1489.95公里；35千伏變電站128座，公用箱變及配變25824臺，配電線路17891.97公里。2017年地區電網220千伏和110千伏容載比分別為1.38和2.05。全市戶均容量2.40千伏安/戶，市區戶均容量3.70千伏安/戶，縣域戶均容量2.25千伏安/戶。

該地區有新能源電站155座，總容量96.963萬千瓦，其中光伏電站147座，容量82.863萬千瓦；生物質電廠4座，容量9.3萬千瓦；垃圾電廠4座，容量4.8萬千瓦。

4.2 地區電網供電能力問題及對策

2017年夏高峰時段，在火電機組已經全開滿發的情況下，潁州雙主變潮流最大已達104萬千瓦（穩定限額為105萬千瓦），沙河雙主變潮流最大已達103萬千瓦（穩定限額為100萬千瓦）。考慮伯陽升壓工程于2018年迎峰度夏前投產的基礎上，地區電網供電能力略有增長，預計可比當前網架提升10萬千瓦左右，達到310萬千瓦，仍不能滿足2018年夏高峰350萬千瓦的預計負荷。2018年，潁州雙變潮流達111萬千瓦（限額105萬），沙河雙變潮流達113萬千瓦（限額100萬），220千伏張薛2746線路潮流達24.2萬千瓦（限額

23萬），均已過載。

2018年地區電網檢修方式下有發生四級電網事件的可能。220千伏徐寨變單電源或單主變運行時，若運行的電源發生故障，光武變將自投至東莊變帶，西園變及徐寨變35千伏母線失電，田營變通過胡界738線同時自投至其它變電站，在負荷較大時胡界738線路（線徑LGJ-240）可能因潮流過載而跳閘，田營變也將全停，導致縣域電網減供負荷可能超過40%，將構成四級電網事件。

對策：（1）在徐寨變單電源或單主變運行時，方式安排應考慮縣域電網發生減供負荷40%以上的可能性，提前將田營變負荷通過太徐746線倒至其它變電站，避免發生四級電網事件。（2）加快220千伏陶廟變進度，確保2018年迎峰度冬前投運，屆時地區電網發生四級電網事件的風險將徹底消除，且能有效減輕縣域供電壓力。

4.3 地區電網新能源消納問題及對策

由于風力發電的隨機性、不穩定性，造成接入變電站母線電壓波動幅度大。需要加強風電場側無功電壓管理，優化風電場側AVC系統動作策略，盡量減小因發電出力變化引起的電壓波動。

綜合考慮皖北電網新能源裝機、負荷水平和總體外送能力，該地區電網接納能力約為1000MW。地區目前已投運和在建光伏裝機規模約1100MW，在區域周邊火電機組52%調峰深度下，存在棄光風險；2020年前該地區若有其它新增電源，在春秋季光伏大發情況下也將面臨棄電風險。對策：應依據下階段地區負荷和電源發展情況，滾動校核地區電網接納能力。建議地方政府和企業結合后期電網規劃建設情況，合理安排規劃光伏開發規模和建設時序。

每年春秋季節的當天中午11：00～14：00時間段出力最大，因此光伏電站滿出力時地區電網上送水平最高，這個時候地區電網的接納水平最為飽和，局部電網消納能力不足。如縣域大型商業光伏接入規模較大，已超縣域電網最大負荷，導致光伏出力無法就地消納。對策：皖北局部片區火電裝機較多，新能源扎堆較為嚴重，造成局部電力送出困難，應適時開展相關地區的專題研究，統籌考慮地區的源網規劃。為解決該地區光伏消納問題光伏電站出力不穩定，波動性較大，諧波電流問題也將更加突出。對策：電能質量問題需要加大關注，考慮地面集中光伏電站、村級光伏、屋頂光伏接入對地區電網各級電網電能質量的影響。光伏電站中均需安裝電能質量檢測裝置，定期檢查數據，若發現電能質量超標，則需安裝電能質量治理裝置。

隨著地區電源裝機逐漸增大，地區電網的電壓水平勢必被抬高。對策：需要對現有無功補償設備能否滿足要求、如何控制電壓水平等問題需要進行研究。配足電網無功補償設備，制訂地區電網對小電廠的AVC控制策略，合理調整無功平衡及電壓合格。

5 結束語

新能源發電可以減少排放、改善現有的環境，但是當各種分布式電源接入電網的裝機容量不斷增大，對電網的影響也不斷增大。如何對現有的電網調控管理模式做出相應的調整以保證電網的安全穩定運行，將成為電網調控工作研究的一個新的課題。本文闡述了新電源的特點以及對電網造成的影響，可以對電網調控運行工作提供一定的參考。

參考文獻：

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