劉東斌

（金川集團股份有限公司規(guī)劃發(fā)展部，甘肅 金昌 737100）

并網(wǎng)光伏發(fā)電項目建設(shè)是加快我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)展低碳經(jīng)濟，開創(chuàng)未來經(jīng)濟科技發(fā)展方向的重要措施。金川集團股份有限公司十分重視可再生能源的開發(fā)和利用，分期規(guī)劃建設(shè)了200MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電項目。200MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電項目屬于大型光伏項目，如何既好又快的建設(shè)新型能源項目，保證系統(tǒng)和光伏電站的穩(wěn)定運行，解決面臨的技術(shù)難題，是相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)該積極投入討論的課題。

1 200MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)組成及主接線方案

200MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括多晶硅太陽能電池、光伏陣列防雷匯流箱、直流防雷配電柜、500kW光伏并網(wǎng)逆變器（無隔離變壓器）、0.27/35kV（1000kVA）升壓變壓器、高壓配電裝置、環(huán)境監(jiān)測及監(jiān)控裝置、系統(tǒng)的防雷及接地裝置等。采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)方案，將系統(tǒng)分成200個并網(wǎng)發(fā)電單元，合計 40個聯(lián)合單元組合后經(jīng)二次升壓至110kV升壓站后，分回路送出至電網(wǎng)。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)接入模式、規(guī)劃設(shè)計要求及接入方案的選擇

2.1 接入模式

200MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用不可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電模式，相比于可調(diào)度式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，減少了儲能環(huán)節(jié)。對于發(fā)電量的增加和減少，完全由電網(wǎng)調(diào)度統(tǒng)一平衡管理。

2.2 并網(wǎng)接入系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計要求

1）接入容量

合理地確定接入電網(wǎng)的機組容量能夠保證光伏發(fā)電的可靠性和安全性。并網(wǎng)接入容量對系統(tǒng)總負荷具有一定比例，比例越高，系統(tǒng)備用容量要求越高，否則將會影響系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。根據(jù)光伏運行特性及系統(tǒng)調(diào)峰的要求，并網(wǎng)接入容量一般按系統(tǒng)總負荷的30%以下考慮為宜。常規(guī)電源接入容量在考慮系統(tǒng)穩(wěn)定時，按系統(tǒng)總?cè)萘康?%～10%選取考慮。

2）接入電壓等級

大型并網(wǎng)光伏電站電壓等級主要根據(jù)并網(wǎng)容量、電網(wǎng)接納能力、系統(tǒng)配置來考慮。送入容量越大，要求接入的電壓等級就越高。一般要求，200kW以下的機組接入400V電網(wǎng)，200～6000kW的機組以10kV電壓等級接入電網(wǎng)，單機容量100～200MW的機組，一般宜接入110～220kV電壓電網(wǎng)。

200MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)分期規(guī)劃總裝機容量200MW，初步考慮按110kV電壓等級接入，同時根據(jù)對公網(wǎng)的保護隔離需求，也可以考慮按用戶330kV變電站的接入。

3）電能質(zhì)量技術(shù)標準及要求

根據(jù)《光伏電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》的要求，并網(wǎng)光伏發(fā)電站電能指標主要有諧波和波形畸變的限值要求、直流分量、頻率允許偏差范圍、公共連接點的電壓偏差限值、電壓不平衡度的數(shù)值、電壓波動和閃變的具體要求，還提出了各項標準指標。

同時，規(guī)定了有功功率控制、最大變化率、起動和停機的要求；規(guī)定了無功容量及無功電源、運行電壓及調(diào)節(jié)、運行測試及通信、信號的要求等。在《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》中，規(guī)定了并網(wǎng)系統(tǒng)在運行異常及故障時的并網(wǎng)保護，主要有過、欠電壓、過欠頻率、防孤島效應(yīng)、恢復(fù)并網(wǎng)時間要求、防雷接地、短路保護、隔離和開關(guān)設(shè)置、逆向功率保護等措施。還提出了絕緣、耐壓、接地、隔離等安全防護要求。

上述電能質(zhì)量及保護的規(guī)定，為光伏制造廠家、設(shè)計單位、并網(wǎng)管理單位、電站運行單位提供了共同遵循的依據(jù)。

4）并網(wǎng)管理措施及要求

并網(wǎng)調(diào)度管理單位根據(jù)國網(wǎng)要求，為保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行，除了對電能質(zhì)量和保護進行了具體規(guī)定外，還提出了具體措施，也為設(shè)計單位提供了設(shè)計參考，為運行單位提供了應(yīng)遵循的原則。一般有：

（1）新建光伏電站在升壓站接入系統(tǒng)應(yīng)應(yīng)具備提供實時信息的條件。主要包括并網(wǎng)狀態(tài)、光照數(shù)據(jù)（輻照度、空氣溫度等）、逆變器運行信息（有功、無功、電流等）、逆變器狀態(tài)信息、無功補償裝置信息、并網(wǎng)點的頻率電壓信息、升壓站潮流信息及關(guān)口點電能信息。

（2）光伏電站應(yīng)在升壓站安裝故障錄波儀，記錄故障前10s到故障后60s的情況，按電網(wǎng)要求配備至省調(diào)和所屬地調(diào)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸通道。

（3）光伏電站起動送電前須提供光伏電站運行特性的測試報告。測試應(yīng)包含以下內(nèi)容：光伏電站有功功率控制能力、無功/電壓控制能力、電能質(zhì)量、低電壓耐受能力、相關(guān)涉網(wǎng)保護、運行特性及省調(diào)要求的其他并網(wǎng)調(diào)試項目。

（4）光伏電站應(yīng)參與地區(qū)電網(wǎng)無功平衡及電壓調(diào)整，保證并網(wǎng)點電壓，滿足電壓控制曲線。

（5）光伏電站應(yīng)定期每日提交次日光伏發(fā)電功率申報曲線，由省調(diào)根據(jù)電網(wǎng)運行情況，編制光伏電站次日計劃曲線?？梢愿鶕?jù)太陽輻照度變化情況，當波動范圍超過計劃值的±20%及以上時，必須提前申請修改計劃曲線。

（6）光伏電站根據(jù)上級調(diào)度確定相應(yīng)運行模式。主要有：最大出力模式、恒出力模式、無約束模式、聯(lián)絡(luò)線調(diào)整模式。調(diào)度根據(jù)光伏電站相關(guān)送出潮流約束情況，下達光伏發(fā)電出力曲線。

（7）光伏電站應(yīng)配置有功功率控制系統(tǒng)，具備有功功率調(diào)節(jié)能力，接收并自動執(zhí)行省調(diào)發(fā)送的有功功率控制信號，確保光伏電站有功功率值符合給定值。光伏電站應(yīng)具有限制輸出功率變化率的能力。 在電網(wǎng)緊急情況下，光伏電站應(yīng)能快速自動切除部分逆變器乃至整個光伏電站。

（8）光伏電站須安裝動態(tài)無功補償裝置，補償容量應(yīng)滿足要求。功率因數(shù)應(yīng)能夠在-0.98～+0.98范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。光伏電站在其無功輸出范圍內(nèi)，能夠根據(jù)并網(wǎng)點電壓水平，調(diào)節(jié)光伏電站的無功功率、無功補償設(shè)備投入量以及調(diào)整變壓器的變比，具備參與電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)的能力。

（9）光伏電站應(yīng)配置電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測的光伏電站電能質(zhì)量，符合國網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)定，并按照調(diào)度要求上傳有關(guān)信息。

（10）光伏電站還應(yīng)具備常規(guī)變電站的一般功能，如遠方操作功能、頻率表等。

2.3 接入系統(tǒng)方案的選擇

1）電網(wǎng)特點

金昌電網(wǎng)有330kV金昌變電站3座；110kV變電站11座，總計容量達到3000MW，形成了主要以金昌變、雙灣變、東大灘變等3座330kV變電所互為備用為主干網(wǎng)絡(luò)的供電系統(tǒng)。其中110kV電網(wǎng)作為高壓配電網(wǎng)主供電網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)上級電網(wǎng)和電源的分布，形成了以永昌電廠、金昌變、雙灣變、東大灘變及寧變?yōu)楣╇婋娫吹墓╇娋W(wǎng)絡(luò)。

2）系統(tǒng)接入方案的規(guī)劃選擇

電源接入規(guī)劃內(nèi)容主要包括根據(jù)電力負荷預(yù)測分析、電網(wǎng)電源規(guī)劃情況，經(jīng)過電力電量平衡，及潮流計算、穩(wěn)定計算、短路電流計算、無功補償計算等電氣計算，最終確定系統(tǒng)接入方案。

受光伏項目所處的位置、上網(wǎng)半徑內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)內(nèi)現(xiàn)有電壓等級的配置等因素的影響，規(guī)劃設(shè)計從傳輸效率、電網(wǎng)資源、技術(shù)要求、就地平衡消納情況考慮，分別提出從雙灣變、東大灘變、寧變的110kV間隔接入和從雙灣變、東大灘變的330kV間隔接入的方案。初步考慮了110kV和330kV兩種接入方式合計5個方案。最終的確定，由電網(wǎng)公司綜合各方面因素考慮。

3 影響并網(wǎng)接入系統(tǒng)的要素分析

1）并網(wǎng)逆變器輸出電能品質(zhì)的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電主要核心是光伏組件和逆變器，電能品質(zhì)的變化產(chǎn)生及調(diào)節(jié)與傳統(tǒng)電源完全不同，具有逆變器諧波和抗過流能力差的缺點，存在潛在污染的可能性。

因此，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)使用的并網(wǎng)光伏逆變器必須具有高品質(zhì)的電能輸出。目前，太陽能光伏逆變器都配置有高性能濾波電路，使得并網(wǎng)光伏逆變器交流輸出的電能質(zhì)量初步滿足公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量的各項要求。

對于并網(wǎng)光伏電站輸出的電能品質(zhì)，電網(wǎng)運行管理單位也采取了不同的控制管理措施，主要包括光伏電站配置要求、測試標準和手段，以及保護、切除、隔離措施等。

2）并網(wǎng)光伏發(fā)電的運行特性影響

根據(jù)統(tǒng)計資料表明，通常在實測天氣條件下，理想模型的光伏發(fā)電出力特性是：考慮夜間，出力分布＜10%占大部分；不考慮夜間，出力范圍很廣，從40%～90%峰值出力的概率在10%以上。最大出力時間集中在12:00－15:00。

這種運行特性，導(dǎo)致并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由于光資源特性而產(chǎn)生的不規(guī)律性、間歇性、波動性以及發(fā)電設(shè)備逆變器諧波及抗過流能力差、光伏電池暫態(tài)無慣性等特點，也決定了光伏發(fā)電出力特性的特殊性。

因此，并網(wǎng)光伏發(fā)電的起伏波動，一方面對負荷用戶存在擾動的可能；另一方面，電網(wǎng)配置要考慮實時進行負荷平衡，配備必要的備用容量。

3）光伏電站容量的大小對系統(tǒng)的影響

并網(wǎng)光伏發(fā)電容量（即并網(wǎng)光伏最大出力與系統(tǒng)最大負荷的比值）的增加，給電網(wǎng)的規(guī)劃、運行、安全和穩(wěn)定帶來新的難題。

具體表現(xiàn)在對傳輸電網(wǎng)規(guī)劃電網(wǎng)冗余度、大范圍的資源配置能力、遠距離輸電技術(shù)、電網(wǎng)控制技術(shù)的影響，對配電網(wǎng)規(guī)劃中的配電網(wǎng)容載比、配電網(wǎng)自動化技術(shù)及保護、計量、通信、自動化的二次系統(tǒng)的規(guī)劃，對電源規(guī)劃中的常規(guī)電源的建設(shè)規(guī)模、調(diào)峰電源需求、常規(guī)電源調(diào)節(jié)能力都存在相當程度的影響。

金昌電網(wǎng)供電能力達到3000MW，最大負荷達到920MW。按20%計算，系統(tǒng)滿足200MWp并網(wǎng)光伏的能力。

4）對電力系統(tǒng)調(diào)峰的影響

根據(jù)相關(guān)研究資料表明，當光伏最大出力容量占系統(tǒng)最大負荷比例小于10%時，接入后等效最大峰谷差達到20%，光伏電站對系統(tǒng)調(diào)峰影響較小。當光伏最大出力容量占系統(tǒng)最大負荷比例達到50%時，接入后等效最大峰谷差達到62.3%，常規(guī)火電機組不能隨意起停，當達到50%時，系統(tǒng)調(diào)峰能力將不能滿足要求。

5）對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響

并網(wǎng)光伏發(fā)電具有光伏電池電磁暫態(tài)無慣性的特點，不具備傳統(tǒng)電源的穩(wěn)定特性，在發(fā)生電網(wǎng)異常時，出現(xiàn)短路故障、失電和過流時即從網(wǎng)上切除，進一步影響系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)，降低了系統(tǒng)的可靠性。

6）出現(xiàn)短路及低電壓時光伏組件的保護功能對系統(tǒng)的影響。

由于具有“在系統(tǒng)發(fā)生故障時，停止輸出，斷開與電網(wǎng)的聯(lián)系”的特點，不能考慮作為應(yīng)急電源，對于大型光伏電站集中接入，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，還有可能產(chǎn)生故障堆積效應(yīng)，擴大故障范圍。這就與常規(guī)的系統(tǒng)安全自動穩(wěn)定裝置的配置帶來難題，對相應(yīng)的系統(tǒng)穩(wěn)定措施要專項考慮。

4 光伏發(fā)電并網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計時應(yīng)注意的事項及建議

1）光伏發(fā)電系統(tǒng)的配置與檢測功能必須完備，并達到相應(yīng)國家標準。

2）系統(tǒng)自動穩(wěn)定裝置應(yīng)根據(jù)光伏特性相應(yīng)設(shè)置，調(diào)壓、調(diào)頻、調(diào)功、自動電源投入、自動按頻率減負荷、自動重合閘等功能均與傳統(tǒng)意義的設(shè)置有所區(qū)別，光伏元件的選擇及控制功能的配置必須具備相應(yīng)的條件。

3）系統(tǒng)的接口處理包括了逆變器參數(shù)監(jiān)控與通信、光伏電站升壓變參數(shù)的監(jiān)控與通信、系統(tǒng)接入升壓變的監(jiān)控與通信。在這三級接口處理中，要考慮分層、分類、分區(qū)的處理方式，既要保證光伏電站的安全、穩(wěn)定運行，也要保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，尤其對于大型光伏電站的切除，要考慮逐級切除措施。

4）對于目前光伏電站本體發(fā)展快、配套電網(wǎng)配置跟不上的現(xiàn)狀，可以充分考慮分期、分批、多接點接入，應(yīng)盡量避免大型光伏電站集中接入電網(wǎng)的方式。

5）對光伏電站的設(shè)計，與傳統(tǒng)意義的發(fā)電不同，要全面考慮采用新技術(shù)。在檢測項目上，不僅考慮被動測量電壓幅值、頻率沖擊、諧波、相位跳變，還要考慮主動改變系統(tǒng)輸出功率及負載、主動改變頻率漂移措施等。重點落實影響光伏電站與電網(wǎng)運行的電壓電流控制技術(shù)、負載啟動性能及快速響應(yīng)、系統(tǒng)各種保護功能等關(guān)鍵技術(shù)。目前，光伏控制領(lǐng)域提出了智能控制、微電網(wǎng)的概念，全面落實各項控制措施將是全行業(yè)努力的方向。

6）盡快加速系統(tǒng)光伏配套備用容量的建設(shè)。當前，包括金川集團200MWp規(guī)劃項目在內(nèi)，金昌市報送光伏發(fā)電項目合計870MWp，但金昌市總體負荷按2011年統(tǒng)計為920MW，近期內(nèi)全面建設(shè)所規(guī)劃的容量，對電網(wǎng)安全是一個巨大的挑戰(zhàn)。由于光伏出力的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)配備的旋轉(zhuǎn)備用容量需要大幅配套。應(yīng)該考慮，在系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃的前提下，就地平衡，合理配置資源，降低遠距離輸送，并集中社會優(yōu)勢資源，加快配套備用容量的建設(shè)，為光伏發(fā)電的穩(wěn)定性創(chuàng)造良好條件。

7）利用甘肅風(fēng)光能源的優(yōu)勢，加快配套輸送電網(wǎng)建設(shè)，盡快形成電力外送的格局。金昌地區(qū)地處西部，日照時間長，太陽能資源豐富，地域開闊平坦，年平均輻射總量在6156MJ/m2，具備利用戈壁荒灘建設(shè)大型光伏電站的優(yōu)越條件。但電網(wǎng)外送條件還不具備大批建設(shè)光伏電站的條件。目前，青海、內(nèi)蒙、寧夏均提出百萬千瓦光伏規(guī)劃。根據(jù)國家可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃，至2030年光伏發(fā)電比例在我國能源結(jié)構(gòu)中占主要比例。甘肅省在這經(jīng)濟轉(zhuǎn)型跨越的關(guān)鍵時刻，應(yīng)該充分利用這個契機，加快電網(wǎng)輸出建設(shè)將是一個明智的選擇。

5 結(jié)論

光伏發(fā)電作為國家倡導(dǎo)的新能源項目，在西部地區(qū)得到了迅猛發(fā)展，成為眾多企業(yè)轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展的最新投資領(lǐng)域。然而，光伏發(fā)電項目的飛速發(fā)展又受到接入電網(wǎng)眾多技術(shù)條件的限制。一方面電網(wǎng)配套建設(shè)不足；另一方面，電網(wǎng)對接入的光伏發(fā)電也存在諸多要求。通過對并網(wǎng)光伏系統(tǒng)接入系統(tǒng)的初步分析與研究，可以為相關(guān)投資企業(yè)提供一個借鑒。

[1]GBZ19964《光伏電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》.

[2]GB/T19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》.

[3]電力工業(yè)部電力規(guī)劃設(shè)計總院編.電力系統(tǒng)設(shè)計手冊.北京:中國電力出版社, 2005:46-353.