張友民

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山西 太原 030001）

0 引言

光伏系統(tǒng)主要分為獨(dú)立光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)光伏系統(tǒng)。風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)是并網(wǎng)光伏系統(tǒng)中的一種特殊類型。據(jù)悉，《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》近期有望發(fā)布。《規(guī)劃》中提出的太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)目標(biāo)為，到2015年達(dá)1 000萬(wàn)kW，到2020年達(dá)5 000萬(wàn)kW?！兑?guī)劃》還提出，到“十二五”末太陽(yáng)能屋頂發(fā)電裝機(jī)達(dá)300萬(wàn)kW，到2020年達(dá)2 500萬(wàn)kW。

山西右玉小五臺(tái)“風(fēng)光互補(bǔ)”10 MW并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目利用小五臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)的有利電力系統(tǒng)條件以及現(xiàn)有大面積空地，建在風(fēng)電場(chǎng)升壓站東南方向距離150 m至1 000 m范圍內(nèi)的朝南的山坡。兩者結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)晝夜發(fā)電，在合適的氣象資源下，風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。風(fēng)光復(fù)合發(fā)電還有一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)就是可以經(jīng)過光伏組件容量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量的優(yōu)化后很好地降低發(fā)電成本。光伏電站并網(wǎng)地理接線圖見圖1。

1 風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)發(fā)電出力特性

圖1 光伏電站并網(wǎng)地理接線圖

風(fēng)電場(chǎng)出力的變化受風(fēng)速的影響，太陽(yáng)能光伏電站的實(shí)際輸出功率隨光照強(qiáng)度的變化而變化，兩種新能源發(fā)電輸出的電力均不穩(wěn)定。風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以互補(bǔ)，風(fēng)能和太陽(yáng)能都具有能量密度低、穩(wěn)定性差的弱點(diǎn)，并受到地理分布、季節(jié)變化、晝夜交替等影響；模塊結(jié)構(gòu)、積木性強(qiáng)，供電方式既可以集中，也可以分散供電。

風(fēng)能和太陽(yáng)能在時(shí)間上、地域上和經(jīng)濟(jì)上都有一定的互補(bǔ)性。白天太陽(yáng)光最強(qiáng)時(shí)，風(fēng)較小，晚上太陽(yáng)落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風(fēng)能加強(qiáng)。在夏季，太陽(yáng)光強(qiáng)度大而風(fēng)小，在冬季，太陽(yáng)光強(qiáng)度弱而風(fēng)大。太陽(yáng)能發(fā)電穩(wěn)定可靠，但目前成本較高，而風(fēng)力發(fā)電成本較低，但隨機(jī)性大，供電可靠性差。兩者結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)晝夜發(fā)電，在合適的氣象資源下，風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。

風(fēng)光復(fù)合發(fā)電還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，可以經(jīng)過光伏組件容量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量的優(yōu)化配置，降低發(fā)電成本[1—3]。

右玉小五臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)以及光伏電站的日出力變化情況參見圖2。

圖2 右玉小五臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站日出力變化

右玉小五臺(tái)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)日出力變化的疊加參見圖3。

圖3 右玉小五臺(tái)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)日出力

從右玉小五臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站年平均日出力變化的疊加曲線可以看出，在合適的氣象資源下，風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性。

2 光伏電站并網(wǎng)對(duì)山西局部電網(wǎng)的影響

本文分析了山西右玉小五臺(tái)“風(fēng)光互補(bǔ)”10MW并網(wǎng)光伏發(fā)電示范項(xiàng)目對(duì)山西局部電網(wǎng)的影響。

2.1 無功補(bǔ)償

由于逆變器均存在一定的無功消耗，根據(jù)《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》的要求，一定規(guī)模的光伏發(fā)電站無功功率應(yīng)當(dāng)能夠在其允許范圍內(nèi)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其光伏發(fā)電站的功率因數(shù)或變電站高壓側(cè)母線電壓保持在一定范圍內(nèi)或某一給定值。

計(jì)算無功補(bǔ)償量按照右玉小五臺(tái)光伏電站一期容量10 MW考慮，需要在光伏電站升壓變低壓側(cè)安裝容量為2.5 Mvar無功補(bǔ)償器，可以滿足光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)的要求。

由于光伏電站輸出功率的隨機(jī)性，投入無功補(bǔ)償?shù)拇笮⊥瑯痈S風(fēng)電場(chǎng)輸出功率的變化而變化，因此，建議光伏電站無功補(bǔ)償類型選用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。

2.2 諧波

諧波問題是光伏發(fā)電并網(wǎng)引起的其中一個(gè)電能質(zhì)量問題。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)包含逆變器等控制系統(tǒng)，當(dāng)控制系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)會(huì)向系統(tǒng)提供諧波電流。諧波電流大小與輸出功率有關(guān)，也就是與光照量大小有關(guān)。在正常狀態(tài)下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的結(jié)構(gòu)及其濾波裝置狀況，同時(shí)與電網(wǎng)的短路容量有關(guān)。

光伏電站接入后，光伏電站35 kV母線諧波電壓畸變率0.25%，風(fēng)電場(chǎng)35 kV母線諧波電壓畸變率0.24%，風(fēng)電場(chǎng)110 kV母線諧波電壓畸變率0.43%，油坊110 kV母線諧波電壓畸變率0.15%。光伏電站注入系統(tǒng)的最大為5次諧波電流為0.91 A，均在系統(tǒng)允許注入范圍內(nèi)。

2.3 電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)問題是光伏電站并網(wǎng)引起的另外一個(gè)主要電能質(zhì)量問題。光伏發(fā)電隨著太陽(yáng)入射方向及光輻射量的變化，其功率輸出具有變動(dòng)的特性，可能引起所接入系統(tǒng)的某些節(jié)點(diǎn)（如并網(wǎng)點(diǎn)）的電壓波動(dòng)。光伏電站輸出功率變化引起公共連接點(diǎn)電壓波動(dòng)1.0%，在電壓波動(dòng)限值范圍之內(nèi)。

2.4 電壓不平衡度分析

右玉小五臺(tái)光伏電站引起的負(fù)序電壓不平衡度不超過1.1%，短時(shí)不超過2.2%。低于《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》中規(guī)定的“公共連接點(diǎn)的負(fù)序電壓不平衡度應(yīng)不超過2%，短時(shí)不超過4%；其中光伏電站引起的負(fù)序電壓不平衡度應(yīng)不超過1.3%，短時(shí)不超過2.6%”。

2.5 直流分量分析

右玉小五臺(tái)光伏電站逆變器輸出電流中的直流分量小于交流額定值的0.43%。低于《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》中規(guī)定的“光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，向電網(wǎng)饋送的直流電流分量不超過其交流額定值的0.5%”。

3 結(jié)論

a）光伏發(fā)電是目前新能源開發(fā)技術(shù)較為成熟、具有大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。利用太陽(yáng)光發(fā)電則是當(dāng)今世界各國(guó)為解決能源緊缺、降低溫室氣體排放、提高環(huán)境質(zhì)量而采取的一項(xiàng)有效措施。該項(xiàng)目的建設(shè)符合我國(guó)的產(chǎn)業(yè)政策和能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)改變山西省傳統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多元化是有益的，對(duì)改善當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展都具有積極的作用。

b）“風(fēng)光互補(bǔ)”特性可以緩解風(fēng)電帶來的電網(wǎng)調(diào)峰困難[4—6]。

c）風(fēng)光復(fù)合發(fā)電可以經(jīng)過光伏組件容量和風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量的優(yōu)化后降低發(fā)電成本。

d）對(duì)投運(yùn)后的光伏電站接入引起的諧波、電壓波動(dòng)、電壓不平衡度、直流分量應(yīng)做詳細(xì)檢測(cè)，以便進(jìn)行更好分析，對(duì)后續(xù)光伏電站接入提供借鑒。

［1］ 馮麗平.風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.上海：上海大學(xué)，2007.

［2］ 葉漫紅，林日明，蔡文.太陽(yáng)能光伏電站入網(wǎng)方式探討［J］.江西電力，2011，35（1）：5-8.

［3］ 何超軍，王優(yōu)胤，吳賽男.遼寧電網(wǎng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用研究［J］.東北電力技術(shù)，2009（12）：27-31

［4］ 王利平，楊德洲，張軍.大型光伏發(fā)電系統(tǒng)控制原理與并網(wǎng)特性研究［J］.電力電子技術(shù)，2010，44（6）：61-63.

［5］ 申健.風(fēng)光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)的研究 ［D］.大連：大連交通大學(xué)，2007.

［6］ 雷珽，艾芊.光伏并網(wǎng)策略及應(yīng)用研究［J］.低壓電器，2010（2）：21-26.