馬軍

摘要：世界經(jīng)濟快速發(fā)展的同時消耗著大量的傳統(tǒng)化石能源，造成傳統(tǒng)化石能源供應不足，而使用傳統(tǒng)化石能源帶來的環(huán)境污染問題也越來越嚴重。如何緩解能源供應和環(huán)境污染問題是現(xiàn)今世界可持續(xù)發(fā)展的重要議題。加大對可再生能源的開發(fā)和利用可以有效的緩解棘手的生態(tài)和經(jīng)濟問題。而新能源發(fā)電中，由于太陽能資源的儲量無限、廣泛并且具有良好的經(jīng)濟性，因此太陽能光伏發(fā)電已成為世界各國研究和發(fā)展的重點。伴隨光伏發(fā)電技術(shù)的成熟和生產(chǎn)成本的降低，光伏發(fā)電并網(wǎng)已成為主流趨勢。然而光伏發(fā)電的輸出功率受外界因素的影響很大，所以并網(wǎng)后會給配電網(wǎng)帶來很多問題和挑戰(zhàn)。新能源發(fā)電出力間歇性和波動性的特點，使其在接入電網(wǎng)后產(chǎn)生了一系列的問題，如影響電網(wǎng)穩(wěn)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(qū)電網(wǎng)新能源并網(wǎng)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(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;光伏消納;影響因素

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

一、系統(tǒng)負荷特性

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

二、電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

所謂電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強，不僅僅是指網(wǎng)內(nèi)電源支撐點多而穩(wěn)固，電網(wǎng)具不具備良好的調(diào)峰能力也是考驗網(wǎng)架結(jié)構(gòu)堅強的另一指標。而電網(wǎng)的調(diào)峰能力優(yōu)劣又和與區(qū)域外電網(wǎng)的聯(lián)絡的輸送通道是否可靠有關(guān)，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(wǎng)，有效降低光伏棄光率。反之，輸送通道不足就會限制電網(wǎng)對光伏的消納[1-2]，從而使棄光率上升造成光伏發(fā)電的經(jīng)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(qū)電網(wǎng)光伏發(fā)電消納能力。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要從變電站和線路容量、站內(nèi)間隔和線路走廊三個方面影響著地區(qū)電網(wǎng)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(wǎng)供負荷、線路和主變的容量影響著光伏發(fā)電最大消納能力，如式（1-1）：

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

2.站內(nèi)間隔約束

隨著電網(wǎng)建設往經(jīng)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(shù)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(wǎng)，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(wǎng)發(fā)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(nèi)間隔約束影響著光伏電站的建設和發(fā)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(wǎng)建設之間的矛盾逐漸凸顯。輸電線路建設過程中與當?shù)厝罕姷睦婕m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(jīng)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(wǎng)可靠性的要求，從而制約著光伏電站的發(fā)展。

三、系統(tǒng)穩(wěn)定性

系統(tǒng)穩(wěn)定是新能源接入電網(wǎng)首要考慮的內(nèi)容，包括暫態(tài)穩(wěn)定性和靜態(tài)穩(wěn)定性。大規(guī)模的新能源并網(wǎng)發(fā)電時，當系統(tǒng)發(fā)生大擾動（單相接地或三相短路）后，網(wǎng)內(nèi)發(fā)電機間功角在第一個或第二個搖擺周期內(nèi)不發(fā)生失步，母線電壓和電站頻率能自動恢復到正常穩(wěn)定運行，同時系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點電壓、發(fā)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(wǎng)對新能源發(fā)電消納滿足電網(wǎng)穩(wěn)定的要求。

四、調(diào)峰能力

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

1.因電網(wǎng)事故造成區(qū)域電網(wǎng)完全孤立運行時，區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力迅速介入，使這部分孤立電網(wǎng)保持在穩(wěn)定狀態(tài)。

2.當電網(wǎng)電力供不應求時，也需要區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力迅速介入，增加有功出力，使區(qū)域電網(wǎng)保持穩(wěn)定。

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

五、電網(wǎng)短路容量

電網(wǎng)短路容量越大電網(wǎng)越堅強，外界因素對電網(wǎng)的影響也越小。電網(wǎng)短路容量也是電網(wǎng)消納能力的指標之一，新能源并網(wǎng)下的電網(wǎng)短路電流由大電網(wǎng)和新能源電源組成。由于現(xiàn)有的光伏發(fā)電是通過逆變器方式接入電網(wǎng)，所以來自短路容量方面的限制比較少。當發(fā)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(wǎng)。

六、小結(jié)

改善消納能力的方法很多，通過新建變電站或?qū)ψ冸娬具M行擴容改造可以緩解新能源并網(wǎng)時主變?nèi)萘渴芟薜那闆r;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(tǒng)備用容量和電網(wǎng)調(diào)峰能力等。

因此，大規(guī)模新能源并網(wǎng)的背景下，節(jié)點電壓上下限、發(fā)電機有功無功出力上下限、支路功率上下限、主變?nèi)萘可舷孪奘欠穸紳M足要求制約著地區(qū)電網(wǎng)的消納能力。

參考文獻

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

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[4] 張順，葛智平，郭濤等.大規(guī)模新能源接入后系統(tǒng)調(diào)峰能力與常規(guī)電源開機方式關(guān)系研究[J].電力系統(tǒng)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.