劉 宇

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600

0 引言

隨著雙碳目標(biāo)的推進(jìn)，廣東地區(qū)光伏發(fā)電快速發(fā)展。截至2021年6月底，廣東電網(wǎng)集中式光伏裝機(jī)達(dá)4 480 MW，主要分布于粵西、粵北等地區(qū)。隨著光伏等新能源接入規(guī)模的快速增加，部分影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題凸顯。首先，集中式光伏電站涉網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)和涉網(wǎng)管理體系亟待完善。其次，集中式光伏大規(guī)模接入后系統(tǒng)的無(wú)功調(diào)節(jié)、暫態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性發(fā)生變化。最后，由于新能源出力的不確定性，大規(guī)模并網(wǎng)后系統(tǒng)調(diào)峰難度將進(jìn)一步增加。為此，文章分析了集中式光伏電站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)適用情況，并梳理了廣東地區(qū)電站對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的依從性。同時(shí)，對(duì)于集中式光伏電站的運(yùn)行特性，重點(diǎn)從有功、無(wú)功特性和系統(tǒng)穩(wěn)定情況進(jìn)行了分析，最后從調(diào)度與系統(tǒng)安全運(yùn)行的角度提出相關(guān)建議。

1 光伏電站的涉網(wǎng)性能

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《光伏發(fā)電廠接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》（GB/T 19964—2012）[1]（以下簡(jiǎn)稱《系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》）、《光伏發(fā)電廠無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)規(guī)范》（GB/T 29321—2012）及《光伏發(fā)電站性能評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（GB/T 39854—2021）等對(duì)于光伏發(fā)電廠的調(diào)頻調(diào)峰能力、發(fā)電功率預(yù)測(cè)、無(wú)功容量配置、電壓控制、低電壓穿越能力、運(yùn)行適應(yīng)性、電能質(zhì)量等涉網(wǎng)性能作出了規(guī)定。廣東電網(wǎng)在此基礎(chǔ)上編制了《集中式光伏電站并網(wǎng)服務(wù)手冊(cè)》等文件，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備型式試驗(yàn)、出廠驗(yàn)收、并網(wǎng)測(cè)試和運(yùn)行維護(hù)的全流程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)管控，下文主要對(duì)光伏電站主要涉網(wǎng)性能進(jìn)行分析。

1.1 無(wú)功配置與電壓控制

光伏發(fā)電廠的主要無(wú)功源為光伏并網(wǎng)逆變器及廠站內(nèi)的無(wú)功補(bǔ)償裝置。光伏發(fā)電廠應(yīng)充分發(fā)揮并網(wǎng)逆變器的無(wú)功容量及調(diào)節(jié)能力，當(dāng)逆變器無(wú)法滿足電壓調(diào)節(jié)要求時(shí)，應(yīng)在廠站中配置無(wú)功補(bǔ)償裝置，并綜合考慮光伏發(fā)電站各種出力水平以及接入系統(tǒng)后的各種運(yùn)行工況下的暫態(tài)、動(dòng)態(tài)過(guò)程，配置足夠的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量。

按照無(wú)功分層分區(qū)就地平衡的原則，光伏發(fā)電廠的容性無(wú)功容量應(yīng)能補(bǔ)償光伏發(fā)電廠滿發(fā)時(shí)站內(nèi)匯集線路、主變的感性無(wú)功以及并網(wǎng)點(diǎn)送出線路的一半感性無(wú)功之和，光伏發(fā)電廠的感性無(wú)功容量應(yīng)能補(bǔ)償廠站自身的充電無(wú)功及并網(wǎng)點(diǎn)送出線路的一半充電無(wú)功之和。選取廣東電網(wǎng)2020年內(nèi)某光伏大發(fā)時(shí)刻實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)全網(wǎng)集中式光伏電站無(wú)功平衡情況發(fā)現(xiàn)，有約13%的光伏電站容性無(wú)功配置不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，主要是部分110 kV及以下電壓等級(jí)接入的光伏電站，如表1所示。

表1 廣東電網(wǎng)110 kV及以上集中式光伏電站無(wú)功補(bǔ)償配置的情況

1.2 低電壓穿越能力

光伏電站的低電壓穿越能力是指并網(wǎng)點(diǎn)系統(tǒng)電壓在一定的電壓跌落范圍和時(shí)間間隔內(nèi)，光伏電站能夠維持運(yùn)行而不脫離電網(wǎng)，并為系統(tǒng)提供一定的有功無(wú)功支撐[2]。較強(qiáng)的穿越能力可增強(qiáng)故障下系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且可避免過(guò)渡過(guò)程中光伏電站頻繁并網(wǎng)造成的沖擊?！断到y(tǒng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至零時(shí)，光伏電站應(yīng)能不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行0.15 s，如圖1所示，其中曲線1以上部分能夠連續(xù)運(yùn)行。

圖1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)光伏電站低電壓穿越能力的要求

2 光伏電站運(yùn)行特性

由于光伏電站出力大幅隨機(jī)波動(dòng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的有功、無(wú)功平衡造成沖擊，對(duì)電網(wǎng)的一、二次調(diào)頻和備用管理策略將構(gòu)成新的挑戰(zhàn)。同時(shí)，由于光伏電源是靜止元件，本身無(wú)功角穩(wěn)定問(wèn)題，但其無(wú)法為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，減小了系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則光伏接入后系統(tǒng)功角穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生改變，從而將降低系統(tǒng)應(yīng)對(duì)功率缺額的能力。因此，在光伏電站運(yùn)行中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其有功出力特性、無(wú)功電壓運(yùn)行特性、系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性等問(wèn)題。

2.1 有功出力特性

光伏電源的有功出力受太陽(yáng)光照強(qiáng)度、氣壓、溫度等多種因素影響，可用式（1）描述[3]：

式中：η為太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化效率；S為光伏陣列面積，m2；I為太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，kW/m2；t0為環(huán)境溫度，℃。

光伏電源的出力預(yù)測(cè)按時(shí)間尺度可分為超短期預(yù)測(cè)、短期預(yù)測(cè)和中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)。超短期預(yù)測(cè)主要指未來(lái)0～4 h內(nèi)的出力預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值的時(shí)間分辨率在1～15 min內(nèi)，主要用于指導(dǎo)電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)度。短期預(yù)測(cè)指未來(lái)幾日內(nèi)的出力預(yù)測(cè)，主要用于指導(dǎo)電網(wǎng)日前發(fā)電計(jì)劃安排。中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)指未來(lái)一個(gè)月至數(shù)年內(nèi)的整體出力預(yù)測(cè)，主要用于安排年度檢修計(jì)劃和光伏電站規(guī)劃選址。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定光伏發(fā)電站應(yīng)每15 min向調(diào)度機(jī)構(gòu)自動(dòng)報(bào)送未來(lái)15 min～4 h出力預(yù)測(cè)曲線，預(yù)測(cè)時(shí)間分辨率為15 min。日前需向調(diào)度機(jī)構(gòu)報(bào)送次日0～24 h出力預(yù)測(cè)曲線，預(yù)測(cè)時(shí)間分辨率同樣為15 min。目前，國(guó)內(nèi)光伏電站超短期出力預(yù)測(cè)主要使用統(tǒng)計(jì)方法或物理方法開展，統(tǒng)計(jì)方法主要依據(jù)實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)、歷史天氣數(shù)據(jù)、歷史出力曲線等，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法開展預(yù)測(cè)。物理方法通過(guò)對(duì)光伏板、逆變器進(jìn)行建模，并依據(jù)超短期天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)得出預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 無(wú)功電壓運(yùn)行特性

使用PSD-BPA仿真計(jì)算軟件對(duì)風(fēng)光大發(fā)方式下廣東電網(wǎng)無(wú)功電壓特性進(jìn)行分析。在目前有限的新能源接入規(guī)模下，新能源機(jī)組對(duì)于主網(wǎng)總體電壓水平影響較小，但局部地區(qū)電壓?jiǎn)栴}已經(jīng)開始顯現(xiàn)。在新能源理論大發(fā)方式下，清遠(yuǎn)地區(qū)賢令山片整體電壓水平下降，陽(yáng)山站和安峰站電壓分別較夏大方式下降2.0 kV和2.2 kV。這是由于該片區(qū)的安峰、陽(yáng)山、保城、星子光伏等站點(diǎn)接入較大規(guī)模的風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站，總?cè)萘繛?40 MW。在新能源理論大發(fā)方式下，賢令山由下送162 MW變?yōu)樯纤?36 MW。湛江、陽(yáng)江、茂名、韶關(guān)地區(qū)新能源接入量分別為1 183 MW、1 558 MW、305 MW、565 MW，在新能源理論大發(fā)方式下，港城、茂名、蝶嶺、回隆、曲江下送功率大幅下降甚至反送，港城和茂名電壓分別上升2.4 kV和2.3 kV，整體上電壓在可控范圍內(nèi)。下一步需重點(diǎn)關(guān)注包括光伏在內(nèi)的新能源大規(guī)模接入后電網(wǎng)無(wú)功平衡與潮流的控制。

2.3 系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定特性

針對(duì)新能源集中的湛江、茂名、陽(yáng)江、清遠(yuǎn)等地區(qū)使用PSD-BPA軟件開展暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，其中對(duì)于220 kV送出的光伏電站（現(xiàn)有網(wǎng)架均為單線送出）廠站側(cè)設(shè)置單瞬故障，對(duì)于110 kV新能源集中上網(wǎng)地區(qū)的220 kV線路（如伏聞甲乙線、醒伏甲乙線等）設(shè)置三相短路N-2故障，故障均設(shè)置在兩側(cè)廠站出口處。穩(wěn)定計(jì)算發(fā)現(xiàn)，上述故障后系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定，故障期間無(wú)新能源脫網(wǎng)情況。但由于PSD-BPA為機(jī)電暫態(tài)仿真軟件，無(wú)法對(duì)電力電子器件的電磁暫態(tài)過(guò)程進(jìn)行仿真，下一步應(yīng)進(jìn)一步完善光伏電源電磁暫態(tài)模型，關(guān)注高比例新能源滲透下的電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)問(wèn)題。

3 結(jié)論與建議

由于集中式光伏存在著出力波動(dòng)大、不能提供轉(zhuǎn)動(dòng)慣量支撐等問(wèn)題，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻特性、暫態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性有所改變，為了確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，提出以下建議：

（1）加強(qiáng)集中式光伏涉網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)和涉網(wǎng)管理水平，確保并網(wǎng)廠站符合國(guó)標(biāo)和相關(guān)規(guī)范要求；

（2）加強(qiáng)集中式光伏電磁仿真能力建設(shè)，開展全電磁或機(jī)電—電磁混合仿真，揭示高電力電子設(shè)備滲透率下電網(wǎng)的穩(wěn)定特性；

（3）加強(qiáng)儲(chǔ)能與需求側(cè)相應(yīng)配套建設(shè)，為新能源有效消納和高比例新能源電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻奠定基礎(chǔ)。