光伏消納能力關鍵因素分析

馬軍

摘要：世界經濟快速發展的同時消耗著大量的傳統化石能源，造成傳統化石能源供應不足，而使用傳統化石能源帶來的環境污染問題也越來越嚴重。如何緩解能源供應和環境污染問題是現今世界可持續發展的重要議題。加大對可再生能源的開發和利用可以有效的緩解棘手的生態和經濟問題。而新能源發電中，由于太陽能資源的儲量無限、廣泛并且具有良好的經濟性，因此太陽能光伏發電已成為世界各國研究和發展的重點。伴隨光伏發電技術的成熟和生產成本的降低，光伏發電并網已成為主流趨勢。然而光伏發電的輸出功率受外界因素的影響很大，所以并網后會給配電網帶來很多問題和挑戰。新能源發電出力間歇性和波動性的特點，使其在接入電網后產生了一系列的問題，如影響電網穩定運行、消納困難等。加大新能源消納影響因素的研究對地區電網新能源并網具有重要指導意義。針對上述情況，本文將主要研究影響新能源消納的各種因素。

關鍵詞：光伏發電;光伏消納;影響因素

光伏發電的消納能力是結合各種因素和約束條件綜合計算得到的結果。圖1-1表示了影響新能源消納能力的各種因素。

一、系統負荷特性

系統的峰谷差和最小負荷等因素直接決定了光伏發電最大允許接入的容量，若接入容量高于系統最小負荷或系統調峰能力不足時，就會存在棄光，不利于光伏發電經濟運行。

二、電網網架結構

所謂電網網架結構堅強，不僅僅是指網內電源支撐點多而穩固，電網具不具備良好的調峰能力也是考驗網架結構堅強的另一指標。而電網的調峰能力優劣又和與區域外電網的聯絡的輸送通道是否可靠有關，有可靠的輸送通道就可以將富余的多余功率輸送到外電網，有效降低光伏棄光率。反之，輸送通道不足就會限制電網對光伏的消納[1-2]，從而使棄光率上升造成光伏發電的經濟性下降。有充足的外送通道就可以把峰谷時多余電量送到外省，從而提高地區電網光伏發電消納能力。

電網結構主要從變電站和線路容量、站內間隔和線路走廊三個方面影響著地區電網的消納能力。

1.變電站和線路容量約束

在線路和主變“N-1”校核滿足的條件下光伏才能接入，最小網供負荷、線路和主變的容量影響著光伏發電最大消納能力，如式（1-1）：

式中：Smax——最大消納容量;PK——最小網供負荷;PE——滿足“N-1”條件下主變和線路的容量。

2.站內間隔約束

隨著電網建設往經濟性的方向靠攏，新建的110kV變電站主要以兩個電壓等級、橋型接線或是單母線、單母線分段的形勢進行設計建設，35kV變電站的間隔越來越緊張，因此新能源電站在110kV電壓等級的接入能力直接影響著新能源的消納能力。而110kV變電站的110kV空間隔多數是為遠期第二電源接入準備的，無多余間隔用來接入光伏電站。因此光伏電站想要接入電網，要么接入330kV變電站的110kV間隔，要么T接在110kV線路上。而330kV變電站與電力線路的建設在當下土地資源嚴重缺乏的形勢下尤為寶貴。新建的330kV變電站僅僅可以滿足電網發展的要求，所以從110kV線路上T接光伏電站的方式越來越普遍，大量光伏電站以這種方式接入后又影響著供電可靠性，因此站內間隔約束影響著光伏電站的建設和發展。

3.線路走廊約束

在城市化建設的大背景下，城市基礎建設和電網建設之間的矛盾逐漸凸顯。輸電線路建設過程中與當地群眾的利益糾紛問題只增不減，嚴重影響著線路建設進度，加之對群眾的經濟賠償成本日益增加，使工程建設成本增加。因此寶貴的線路走廊只能盡可能滿足電網可靠性的要求，從而制約著光伏電站的發展。

三、系統穩定性

系統穩定是新能源接入電網首要考慮的內容，包括暫態穩定性和靜態穩定性。大規模的新能源并網發電時，當系統發生大擾動（單相接地或三相短路）后，網內發電機間功角在第一個或第二個搖擺周期內不發生失步，母線電壓和電站頻率能自動恢復到正常穩定運行，同時系統內各節點電壓、發電機出力、支路功率不超過設備限定的上下限，就可以說明電網對新能源發電消納滿足電網穩定的要求。

四、調峰能力

電網的調峰能力是決定光伏發電消納能力的主要因素之一[3]。保證電網功率平衡的重要前提是要求電網具備良好的調峰能力，良好的調峰能力決定著電網對光伏發電的消納能力。光伏發電受自然環境因素的影響較大，呈現波動性、間歇性的特性，對于調峰能力不足的電網，就會影響光伏的消納。所以電網必須具備足夠的調峰能力來保障電網及光伏電站的穩定可靠運行。因此光伏發電消納能力與電網調峰能力關系密切，對于受端電網主要表現在以下兩個方面：

1.因電網事故造成區域電網完全孤立運行時，區域電網的調峰能力迅速介入，使這部分孤立電網保持在穩定狀態。

2.當電網電力供不應求時，也需要區域電網的調峰能力迅速介入，增加有功出力，使區域電網保持穩定。

但如要實現上述兩種措施，就必須要求區域電網有足夠的電網調峰能力。水電機組是目前電網中的主要調峰電源[4]，其以調整效率高的特點成為電網中的調峰利器，尤其是具備優質調節庫容的水電站和抽水蓄能電站為主[5]。電網的負荷特性和光伏發電的出力特性又決定了電網的調峰需求，電網峰谷差小則對電網調峰能力的需求也越小，也就為消納光伏并網而留有的電網調峰容量則越多。

五、電網短路容量

電網短路容量越大電網越堅強，外界因素對電網的影響也越小。電網短路容量也是電網消納能力的指標之一，新能源并網下的電網短路電流由大電網和新能源電源組成。由于現有的光伏發電是通過逆變器方式接入電網，所以來自短路容量方面的限制比較少。當發生單相和三相故障時，光伏電源對短路電流的影響幾乎可以忽略不計，絕大部分的短路電流均來自主網。

六、小結

改善消納能力的方法很多，通過新建變電站或對變電站進行擴容改造可以緩解新能源并網時主變容量受限的情況;通過改造或新建線路可以改善線路輸送容量;通過新建電源可以提高系統備用容量和電網調峰能力等。

因此，大規模新能源并網的背景下，節點電壓上下限、發電機有功無功出力上下限、支路功率上下限、主變容量上下限是否都滿足要求制約著地區電網的消納能力。

參考文獻

[1] 王海杰，羅偉，鹿杰.新能源發電項目消納能力研究綜述[J].電氣開關，2018.No.5：6-10.

[2] 李常信，宋穎巍，張明理等.從戰略、技術層面提高遼寧電網新能源接納能力研究[J].東北電力技術，2015，（7）：15-18.

[3] 王晶.甘肅新能源消納現狀及分析[J].電力需求側管理，2016，18（6）：49-51.

[4] 張順，葛智平，郭濤等.大規模新能源接入后系統調峰能力與常規電源開機方式關系研究[J].電力系統保護與控制，2016，44（01）：106-110.

[5] 裴哲義，王彩霞，和青等.對中國新能源消納問題的分析與建議[J].中國電力，2016.