安向勇， 張立偉， 樊習(xí)英， 蘇曉學(xué)， 張春茹， 李 峰

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院， 山西 太原 030002）

引言

以風(fēng)電、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能為首的新能源是我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容和組成部分，是中國(guó)未來(lái)能源結(jié)構(gòu)的基石，光伏發(fā)電是新能源開(kāi)發(fā)技術(shù)較為成熟、具有大規(guī)模開(kāi)發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式，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。由于其并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)出力的間歇性和不確定性等特點(diǎn)，大規(guī)模新能源并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定性存在很大影響，其影響主要體現(xiàn)在諸如電網(wǎng)的諧波、引起的電壓波動(dòng)、電壓不平衡等方面。

1 光伏電站概況及其接入方案簡(jiǎn)介

該光伏發(fā)電項(xiàng)目，總規(guī)劃裝機(jī)容量20 MWp，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分20個(gè)子系統(tǒng)，單子系統(tǒng)裝機(jī)容量1 MWp[1]。每個(gè)子系統(tǒng)連接一座1.25 MVA箱式升壓變壓器，該單元接線將逆變組件輸出電壓升至35 kV；經(jīng)集電后，通過(guò)一回35 kV線路接入電網(wǎng)。結(jié)合裝機(jī)容量、周邊電網(wǎng)及消納能力、潮流、短路等綜合計(jì)算結(jié)果，考慮電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及方案的可實(shí)施性，接入系統(tǒng)方案考慮采用35 kV電壓等級(jí)接入海音11 kV站35 kV母線。

2 光伏電站接入對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1 研究條件

2.1.1 計(jì)算工具

采用中國(guó)電力科學(xué)研究院電力系統(tǒng)研究所“PSD電力系統(tǒng)分析軟件工具（PSD Power Tools）”軟件包中的重要計(jì)算仿真工具——中國(guó)版BPA潮流程序，中國(guó)版BPA暫態(tài)穩(wěn)定程序作為本次研究中穩(wěn)態(tài)分析和暫態(tài)分析的主要計(jì)算分析工具。

2.1.2 計(jì)算水平年

計(jì)算水平年為2020年，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷采用2020年電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)。

2.1.3 負(fù)荷模型及發(fā)電機(jī)模型

1）電網(wǎng)火力發(fā)電機(jī)模型采用考慮勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)的詳細(xì)模型；

2）負(fù)荷模型為40%恒阻抗+60%感應(yīng)馬達(dá)模型。

2.2 光伏電站產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)影響

2.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

諧波問(wèn)題是光伏發(fā)電并網(wǎng)引起的其中一個(gè)電能質(zhì)量問(wèn)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)。

2.2.2 光伏電站諧波計(jì)算

1）逆變器類(lèi)型：特變電工TBEA-GC-500kTL型逆變器。

2）逆變器輸出電流諧波滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的要求[2]。

根據(jù)20 MWp光伏電站具體數(shù)據(jù)，依據(jù)BPA軟件計(jì)算，注入公共連接點(diǎn)的各次諧波電流及相關(guān)母線諧波電壓計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)下頁(yè)表1、表2。

光伏電場(chǎng)以一回35 kV線路接入海音35 kV母線，公共連接點(diǎn)諧波電壓畸變和注入公共連接點(diǎn)各 次諧波電流均在允許值范圍之內(nèi)。

表1 相關(guān)母線諧波電壓計(jì)算結(jié)果

表2 注入海音站35 kV母線的諧波電流 A

從計(jì)算結(jié)果可以看出，光伏電站產(chǎn)生的諧波對(duì)電網(wǎng)影響較小。

2.3 電壓波動(dòng)計(jì)算

按照GB 12326—2008《電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變》中規(guī)定了由波動(dòng)性負(fù)荷產(chǎn)生的電壓變動(dòng)限值和變動(dòng)頻度、電壓等級(jí)的關(guān)系，見(jiàn)表3[3]。

運(yùn)行方式：全省均勻開(kāi)停機(jī)，電網(wǎng)正常接線方式。

表3 電壓波動(dòng)限值

考慮光伏電站輸出功率從零到滿(mǎn)發(fā)的變化過(guò)程中，在光伏電場(chǎng)升壓變低壓側(cè)未投入無(wú)功補(bǔ)償和投入無(wú)功補(bǔ)償?shù)那闆r下，光伏電場(chǎng)接入點(diǎn)母線電壓隨光伏電場(chǎng)輸出功率的變化曲線，穩(wěn)態(tài)電壓的變化曲線見(jiàn)圖1。

從上面變化曲線可知光伏電場(chǎng)升壓變低壓側(cè)在未投入無(wú)功補(bǔ)償和投入無(wú)功補(bǔ)償時(shí)，光伏電場(chǎng)接入35 kV母線電壓的波動(dòng)為0.7%，未超過(guò)電壓變動(dòng)限值。穩(wěn)態(tài)電壓波動(dòng)比較，光伏電場(chǎng)低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償后，接入點(diǎn)電壓隨光伏電場(chǎng)輸出功率的變化而引起的電壓波動(dòng)都能滿(mǎn)足規(guī)程要求，且波動(dòng)值相對(duì)較小。

圖1 35 kV母線電壓隨光伏電場(chǎng)輸出功率因素的變化曲線

2.4 電壓不平衡度分析

根據(jù)業(yè)主提供的資料，20 MWp光伏電站引起的負(fù)序電壓不平衡度不超過(guò)0.22%，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》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(guò)2%，短時(shí)不超過(guò)4%；其中光伏電站引起的負(fù)序電壓不平衡度應(yīng)不超過(guò)1.3%，短時(shí)不超過(guò)2.6%”。

2.5 直流分量分析

根據(jù)業(yè)主提供的資料，20 MWp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0.5%。與《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》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(guò)其交流額定值的0.5%”要求相當(dāng)，建議加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

2.6 其他要求

20 MWp光伏電站還滿(mǎn)足《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中對(duì)光伏電站功率控制和電壓調(diào)節(jié)、電網(wǎng)異常時(shí)的響應(yīng)特性安全與保護(hù)等方面的要求。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)計(jì)算可知，20 MWp光伏電站容量較小，諧波含量相對(duì)較小，引起的電壓波動(dòng)較小，引起的負(fù)序電壓不平衡度及逆變器輸出電流中的直流分量低于規(guī)程規(guī)定值。新能源并網(wǎng)，不但未給電力帶來(lái)電能質(zhì)量方面的困擾，而且實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的多元化是有益的，對(duì)改善電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展都具有積極作用。