光伏發(fā)電與火力發(fā)電融合的控制策略研究

周海青 王立華

摘要：光伏接入火力發(fā)電機組主要有兩種方式，一是接入廠用電系統(tǒng)，二是接入啟備變低壓側。當光伏功率較高時，可將該功率計入發(fā)電機AGC系統(tǒng)，視光伏功率為發(fā)電機功率的一部分，即發(fā)電機按AGC指令與光伏功率的差值調控，但反饋調度的發(fā)電功率應是發(fā)電機實發(fā)功率與光伏實發(fā)功率之和。即無須增設儲能裝置，在保證光伏多發(fā)電的同時，利用發(fā)電機的自動調控消除光伏功率波動大、間斷性強的缺點，實現(xiàn)了均衡發(fā)電。利用電廠AVC電壓調控，也無須增設無功補償裝置。通過控制策略的適當調整，兩類發(fā)電方式的融合在安全性和經(jīng)濟性上更具有顯著的現(xiàn)實意義。

關鍵詞：光伏發(fā)電；火力發(fā)電；控制策略；均衡發(fā)電

中圖分類號：TM615；TM611? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）17-0020-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.17.006

0? ? 引言

光伏電站能量密度低，為大力發(fā)展光伏發(fā)電，現(xiàn)正安裝更多的光伏專用并網(wǎng)線路、主變、儲能裝置、接地變壓器、無功補償裝置及智能控制裝置等，不僅造成投資大、工期長、電網(wǎng)稠密、運維量大，還多占土地、破壞環(huán)境等，不利于可持續(xù)發(fā)展。若光伏接入火電廠，利用現(xiàn)有的電氣一、二次系統(tǒng)，就可直接發(fā)電。

1? ? 某火電廠現(xiàn)狀分析

某火電廠為2×600 MW單元制設計，設220 kV升壓站；發(fā)電機出口并接一臺40/28-28 MVA分裂變和一臺28 MVA雙圈變；兩臺機組共用一臺40/28-28 MVA分裂變和一臺28 MVA雙圈變作為啟備變，接于升壓站220 kV母線；設廠用6 kV A、B、C計3段高壓母線，其中A、B段為工作母線，C段為公用母線；6 kV中性點為中電阻接地方式。具體接線如圖1、圖2所示。

該火力發(fā)電廠廠內安裝25.5 MWp光伏組件，為實現(xiàn)廠用電消納光伏發(fā)電，即自發(fā)自用，選擇光伏接入廠用高壓母線，并通過高廠變、主變與電網(wǎng)連接。因6 kV A、B工作母線負荷集中，且受配電室剩余空間等限制，不宜再增設新開關柜。而且一旦光伏線路故障，尤其是發(fā)生越級跳閘等，對主機組的影響較大。而6 kV公用C母線，上述制約因素相對不突出，故最終光伏并網(wǎng)點選擇兩條6 kV公用C母線。因光伏功率較高，所有箱變分別并接為兩個箱變組，每個箱變組又并接兩臺6 kV真空斷路器，再分別接于每條6 kV公用C母線。光伏并網(wǎng)可在兩條6 kV公用C母線之間切換。機組雙機運行，廠用電由高廠變正常供電時，兩光伏箱變組宜分別并網(wǎng)于兩條6 kV公用C母線。此方式更好地體現(xiàn)了“自發(fā)自用”的原則。而機組單機運行，廠用電由高廠變供電時，兩光伏箱變組均需并網(wǎng)于該機組側的6 kV公用C母線。為預防變壓器之間的并列環(huán)流，每箱變組6 kV光伏開關之間均設分合閘閉鎖，即不能同時合閘運行[1]。

光伏于兩條6 kV公用C母線并網(wǎng)發(fā)電后，電網(wǎng)管理部門根據(jù)集中式大功率光伏發(fā)電應獨立上網(wǎng)，以滿足均衡發(fā)電的調度原則，要求該光伏由廠用高壓母線拆除，重新建設獨立的輸變電系統(tǒng)，并入距離電廠21 km的電網(wǎng)變電站，并單獨配置儲能裝置、無功補償裝置等，需再投資超1 000萬元，且工期難控。經(jīng)綜合論證，光伏可不必由廠用高壓母線拆除，僅通過適當調整火力機組AGC等控制策略，即能消除光伏發(fā)電波動大、易中斷等缺點，實現(xiàn)電網(wǎng)可控發(fā)電，以便電網(wǎng)調度管理。當然，光伏也可接入啟備變低壓側（圖1），通過調整控制策略，無須配置儲能裝置、無功補償裝置，也可實現(xiàn)電廠均衡發(fā)電和電壓調節(jié)，且操作靈活。

本文主要結合此實例，分析光伏與火力發(fā)電融合后控制策略及技術的再優(yōu)化。

2? ? 光伏接入6 kV母線后火電機組功率控制策略的調整

2.1? ? 光伏電量視為火電機組的一部分而實現(xiàn)均衡發(fā)電的控制策略

光伏向6 kV母線供電后，因發(fā)電機上傳電網(wǎng)調度的有功功率值取自發(fā)電機20 kV出口（高廠變的發(fā)電機側），故該功率不含光伏發(fā)電功率。假設電網(wǎng)調度仍按原辦法調控發(fā)電機組出力，雖不會影響光伏MPPT最大功率發(fā)電方式，但同等發(fā)電機調度功率下，與未接入光伏相比，將使主變上網(wǎng)的有功功率增加，增加值約等于光伏發(fā)電功率（主變及高廠變的光伏功率損耗很小，可忽略）。還有，光伏發(fā)電具有功率波動大、間斷性強等缺點，當光伏發(fā)電功率較低時，該類缺點影響不明顯，但光伏發(fā)電功率較高時，上述各因素對電網(wǎng)可控調度和潮流的合理分布均會帶來長期不利影響。

若將光伏功率視為發(fā)電機組功率的一部分，應將光伏實時有功功率計入發(fā)電機AGC（自動發(fā)電控制）指令，但發(fā)電機組應按調度AGC指令與光伏功率的差值接帶有功負荷，而反饋調度的發(fā)電機組功率應是發(fā)電機實發(fā)功率與光伏實發(fā)功率之和，可由遠動終端RTU通信技術實現(xiàn)。如此，無須增設光伏專用儲能裝置，在滿足光伏最大發(fā)電方式的同時，利用發(fā)電機的靈活功率調控，一方面能滿足電網(wǎng)調度對發(fā)電機組有功出力的要求，另一方面也消除了光伏發(fā)電功率波動大、間斷性強等缺點。這對電網(wǎng)而言，就像發(fā)電廠未接入光伏一樣。這種方式無須增設專用儲能裝置，優(yōu)勢明顯。

2.2? ? 光伏電量獨立計量的發(fā)電控制策略

光伏電量（功率）獨立計量時，火力發(fā)電機組AGC的調度原則不變，但未消除光伏發(fā)電功率波動大、間斷性強等缺點，按政策，還需增設專用儲能裝置，增加了投資和運維成本，不建議此種方式。

當光伏上網(wǎng)電量需獨立計量時，需在光伏6 kV并網(wǎng)開關柜增設光伏電能及功率計量點，但無法在電網(wǎng)側（主變高壓側）直接測量光伏上網(wǎng)電量及功率。實際上網(wǎng)光伏電量（或功率值）應是6 kV側光伏電量值（或功率值）減去光伏在高廠變及主變的損耗值。此損耗值的上限一般不超過光伏6 kV側值的1%。為避免爭端，可取損耗的上限值，即光伏最終上網(wǎng)電量（功率值）可按6 kV側相應光伏測量值×99%計算。如此，該光伏計算損耗值與兩臺變壓器實際光伏損耗值會存在正誤差，可視其為火力發(fā)電的一部分，因數(shù)值小，對電廠和電網(wǎng)的影響可忽略不計[2]。

3? ? 光伏接入啟備變后火電機組功率控制策略的調整

3.1? ? 光伏電量視為火電機組的一部分而實現(xiàn)均衡發(fā)電的控制策略

同樣，可將光伏有功功率計入發(fā)電機AGC指令，視光伏功率為發(fā)電機功率的一部分，但發(fā)電機組應按調度AGC指令與光伏功率的差值接帶有功負荷，而反饋調度的發(fā)電機組功率應是發(fā)電機實發(fā)功率與光伏實發(fā)功率之和，可由遠動終端RTU通信技術實現(xiàn)。這可以使電廠總上網(wǎng)功率不因光伏功率的變化而變化，即實現(xiàn)均衡發(fā)電，故也不必配置儲能裝置。此光伏有功功率取自啟備變低壓側的光伏并網(wǎng)點。

另外，啟備變日常為帶電空載運行狀態(tài)，只有火電機組啟停時方短時接帶不大于30 MW的廠用負荷。光伏并入后，將直接消納廠用負荷，有利于啟備變多接帶負荷，即相當于對啟備變實現(xiàn)了增容。啟備變高壓側原來就設計量點，可直接用于光伏上網(wǎng)計量。

3.2? ? 光伏電量獨立計量的發(fā)電控制策略

與2.2的論述同理，還需增設專用儲能裝置，不建議此種方式。

4? ? 光伏接入火力發(fā)電廠而實現(xiàn)電壓平穩(wěn)調整的控制策略

無論光伏接入6 kV母線還是啟備變低壓側，都可將光伏逆變器的功率因數(shù)設為“1”，以實現(xiàn)光伏多發(fā)電。升壓站、廠用母線電壓均由AVC、AVR統(tǒng)一調控，還可調整高廠變或啟備變分接頭，達到電壓粗調的目的。該廠光伏接入6 kV母線后，實踐證實，即使是在光伏發(fā)電功率達到最大值（約20 MW），并且都運行于同一條6 kV母線時，無須調整高廠變分接頭，電壓也在合格范圍。即無須安裝無功補償和調節(jié)裝置，就實現(xiàn)了自動電壓調節(jié)，節(jié)省了投資和運維成本，優(yōu)勢明顯。

5? ? 結論

隨著火力發(fā)電機組負荷率逐漸降低，發(fā)、輸、變等設備利用率也逐漸降低，并且煤價高企，經(jīng)濟效益也日益變差。這正適合光伏接入火力電廠，利用現(xiàn)有輸變電設備，借助發(fā)電機組靈活快速的AGC、AVC自動調節(jié)能力，適當調整控制策略后，無須增設儲能裝置、無功補償裝置等，即可滿足光伏MPPT發(fā)電方式，有力提升電廠經(jīng)濟效益。

總之，光伏與火電兩種發(fā)電方式的深度融合，對節(jié)省光伏投資、縮短安裝工期、簡化電網(wǎng)結構、優(yōu)化調度管理、靈活并網(wǎng)、經(jīng)濟運維、環(huán)境保護、節(jié)省土地等都具有現(xiàn)實意義。這需要政府和電網(wǎng)公司建立多能互補的靈活機制和政策，為兩種發(fā)電方式的深度融合提供大力支持。

[參考文獻]

[1] 石磊，周宏濤，趙元莘，等.光伏多功能并網(wǎng)逆變器迭代SMC+LADRC電流內環(huán)控制策略研究[J].智慧電力，2023，51（4）：107-114.

[2] 葉高翔，楊潔，程波，等.分布式光伏并網(wǎng)逆變器PQ控制系統(tǒng)的設計[J].集成電路應用，2023，40（3）：370-371.

收稿日期：2023-05-09

作者簡介：周海青（1971—），男，山東金鄉(xiāng)人，高級工程師，火力電廠生產副總經(jīng)理，主要從事火力發(fā)電廠生產過程的管理和研究工作。

通信作者：王立華（1970—），男，山東泰安人，高級技師，長期從事電氣運行技術管理工作。