地區電網對光伏的消納能力評估及提升策略分析

范旭光 楊夢 梁曉樂 馬平 趙淑曉

摘要：近年來新能源的發展建設形勢較好，各類不同形式的新能源的并網容量也在不斷增加，滲透性不斷提高，對傳統的電力系統產生了較大的沖擊。其中光伏電站由于建設地點較為靈活，目前已經廣泛接入電力系統，但地區電網對光伏的消納能力有限，需要對電網的消納能力進行評估，以保證電網運行的安全性和穩定性，本文針對此進行了研究，同時還介紹了提升光伏消納能力的具體策略。

關鍵詞：地區電網光伏電站功率反送消納能力

Evaluation of Photovoltaic Absorption Capacity of Regional Power Grid and Analysis of Its Promotion Strategy

FAN XuguangYANG MengLIANG XiaoleMA Ping? ZHAO Shuxiao

（State Grid Henan Power Company， Baofeng County Power Supply Company， Baofeng，? Henan Province， 467400 China）

Abstract： In recent years， the new energy development situation is good， the grid capacity is also increasing， the traditional power system had a greater impact. Among them， photovoltaic power stations have been widely connected to the power system due to their flexible construction sites， but the absorptive capacity of the Regional Power Grid is limited， and the absorptive capacity of the power grid needs to be evaluated， in order to ensure the security and stability of power grid operation， this paper also introduces specific strategies to enhance the capacity of photovoltaic absorption.

Key Words： Regional Power Grid; Photovoltaic Power Station; Power Back Transmission;Absorptive capacity

在新型電力系統中，其典型的形態特征是以新能源發電為主體，其中光伏是一種技術較為成熟的綠色低碳能源，發展及建設前景較好，在電網中所接入的分布式及集中式光伏容量也逐年增加，有的變電站已經出現了較為明顯的功率向更高電壓等級反送的情況，不利于地區電網的經濟運行和能源的高效利用。為此本文詳細分析了地區電網對光伏的消納能力。本文首先分析了光伏電站的出力特性，之后闡述了電網對光伏的消納能力評估等內容，最后介紹了提高地區電網對光伏消納能力的具體措施。

1 光伏電站的出力特性分析

光伏電站的建設場景較為豐富，包括屋頂光伏、山區光伏等。由于光伏的出力大小和光伏電池板上所接收到的太陽光照強度相關，在白天光照情況較好時，其出力較大。在夜間時段，分布式光伏電站的出力為零。其典型的出力特性曲線如下圖1所示。

由于太陽光照強度存在著較大的隨機性，光伏電站的整體出力表現出明顯的波動性，這要求電網具備較強的調節能力，并留有較大的備用容量。同時由于在分布式光伏電站的逆變器中，采用了較多的電力電子設備，在運行的過程中會消耗大量的無功[1]，使得電壓水平容易偏低，故在分布式光伏電站中還需要配置相應的無功補償裝置，以保證分布式光伏電站的安全穩定運行。

2 地區電網對光伏的消納能力評估

2.1 評估光伏消納能力的必要性

分布式及集中式光伏電站并網容量的增大，對地區電網的運行會帶來較大的影響。在早期分布式光伏裝機容量較小的情況下，地區電網消納光伏并不存在太大的問題。但一個區域電網，在調峰電源、可控負荷、網架拓撲等靈活性資源有限的情況下，對光伏的消納具有一定的限度，否則將限制電網運行方式的靈活性，或者出現棄光現象。合理評估分析地區電網對光伏的消納能力，規范光伏接入并網，使其在地區電網的運行承載能力范圍之內，才可以使建設光伏電站得以批準。這將有利于后期地區電網的運行，保證電網的穩定。

2.2 電網對光伏的消納能力分析

地區電網對光伏消納能力的影響因素較多。首先是當地的電網網架結構是否能夠靈活倒換各種運行方式。當某條線路的光伏出力較高而出現功率反送到高電壓等級，甚至引起主變的重載或者過載時，需要更改電網運行方式，將光伏功率傳輸到負荷較重的供電區域。其次是地區電網的負荷特性。如果當地的負荷特性和光伏的出力特性能夠相互匹配，也能提高消納能力[2]。最后是地區電網的調峰能力及系統的備用容量設置情況。這些都對消納能力具有重要的影響，其中光伏消納能力評估的基本流程如圖2所示。

從圖2的光伏消納能力評估流程圖中可以看出，首先要選取相應的計算場景，包括設置好典型的負荷曲線及光伏出力曲線等，這樣就可以為下一步的評估分析提供數據。由于光伏的出力波動性較大，計算的時間尺度可以選取15min為一個時段，將全天分為96個時段。通過計算網絡潮流，觀察網絡中是否出現了堵塞情況，如果沒有，則進一步增大光伏的出力數值，直到網絡中出現線路堵塞，即可評估出該地區電網對光伏的消納能力大小。

3 提升地區電網對光伏消納能力的措施分析

針對制約地區電網對光伏消納能力的影響因素，從工程實踐成熟程度層面出發，提高電網消納能力的措施主要可以從網絡解和非網絡解兩個方面考慮。網絡解主要是從技術層面來改變系統的網架結構，特別是已經出現光伏消納堵塞情況的部分網架，這可以起到放寬線路功率約束的作用，從而提高電網的消納能力[3]。非網絡解側重從管理層面上來改變負荷用電的峰谷時刻，使電力用戶在光伏出力較高的時段多用電，從而提高電網的消納能力，但需要出臺配套的鼓勵政策才能在實際中取得較好的應用效果，以下分別進行分析。

3.1 網絡解

網絡解主要通過改變地區電網的網架結構，來提高電網的消納能力，也可稱之為進行電網改造。網絡阻塞問題是制約地區電網對新能源消納的關鍵性因素之一。從網絡解層面解決阻塞問題的主要措施包括以下幾點。一是加裝聯絡線或者新建變電站，通過提高地區電網的聯絡率來解決阻塞問題。二是增大變壓器容量或者擴建主變，提高變電站的傳輸容量，特別是已經出現重載的主變壓器[4]。三是提高輸配電線路的傳輸容量，這樣也會使系統的運行方式更為靈活，更好地消納光伏功率。四是增加儲能設備，當前很多光伏電站也在逐步計劃建設配套的儲能電站，從而起到平滑光伏出力曲線的作用。儲能電站在運行時，將白天的光伏發電量通過儲能設備先加以存儲，在夜間晚高峰時段再使儲能裝置運行在放電狀態[3-4]。

3.2 非網絡解

非網絡解是指在不對地區電網的整體網架結構更改的情況下，提高地區電網對新能源的消納能力的措施。若地區電網中有完善電力需求側控制及管理制度，可以從電力需求側入手，在不對電網進行投資的前提下，提高電網對新能源的消納能力。主要可采取的措施包括以下幾點。一是利用電價杠桿，通過峰谷電價政策，引導電力用戶調整用電時段，特別是大用戶的生產用電時段，減小負荷峰谷差率，提高電網接納新能源發電的能力。二是采用蓄冷蓄熱技術，將制冷制熱負荷也納入可控范圍之內，達到移峰填谷的目的。三是結合增量配電網和電力市場的建設，進一步挖掘電力調控的潛力。增量配電網的建設增加了負荷調控的靈活性和可控性，對于電網消納光伏具有積極意義。隨著光伏并網容量的增大，今后消納光伏將是電網運行及管理中的一項重要任務[5-6]，本文所分析的地區電網對光伏的消納能力評估及提升策略具有較高的實際應用價值。

4 結語

在地區電網對光伏消納能力的評估中，主變容量的限制、線路傳輸容量的限制、站間聯絡線的數量等都對地區電網消納光伏有一定的影響。本文系統分析了通過采取主變擴建、新建變電站和聯絡線等電網改造的方式，以加強供電網架從而提高電網對光伏的消納能力，同時還介紹了從電力負荷管理的角度采取提升光伏消納能力的措施，在實際的電網運行管理中可以加以應用。

參考文獻

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