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        分布式光伏接入對(duì)臺(tái)區(qū)電壓的影響及治理研究

        2023-12-22 07:07:18南京易司拓電力科技股份有限公司緱來兵
        電力設(shè)備管理 2023年22期
        關(guān)鍵詞:電抗器臺(tái)區(qū)滲透率

        南京易司拓電力科技股份有限公司 緱來兵

        光伏發(fā)電是利用太陽能進(jìn)行發(fā)電,其發(fā)電效率受到溫度、光照等因素影響,白天因溫度、光照有較大差異,導(dǎo)致發(fā)電量不同,晚間因溫度低,無陽光不發(fā)電,從而造成光伏并網(wǎng)發(fā)電功率變化較大,臺(tái)區(qū)電壓也隨之發(fā)生較大的變化,對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊。通過分析分布式光伏接入后對(duì)臺(tái)區(qū)電壓的影響,制定相應(yīng)的措施可以有效減少分布式光伏并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)造成的不良影響,保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

        根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的2022年全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,截至2022年12月底,全國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量約25.6億kW,同比增長(zhǎng)7.8%。其中,太陽能發(fā)電裝機(jī)容量約3.9億kW,同比增長(zhǎng)28.1%。2023年太陽能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到4.9億kW。以某地區(qū)光伏數(shù)據(jù)接入為例,整體光伏用戶發(fā)電功率呈現(xiàn)明顯的正態(tài)分布,夏季發(fā)電周期基本在6時(shí)至18時(shí),持續(xù)12小時(shí);在中午12時(shí)發(fā)電達(dá)到高峰,在9時(shí)至15時(shí)發(fā)電效率較高,持續(xù)時(shí)間達(dá)到50%。因此,對(duì)于部分高滲透率的臺(tái)區(qū),在中午發(fā)電高峰時(shí),臺(tái)區(qū)電壓會(huì)出現(xiàn)首端越下限,末端越下限的雙向越限情況。

        1 分布式光伏接入存在的問題及對(duì)臺(tái)區(qū)電壓的影響

        1.1 分布式光伏接入存在的問題

        一是整體接入不平衡。電網(wǎng)規(guī)劃和分布式新能源規(guī)劃的主體單位不同,各主體之間缺乏有效的溝通,信息交互不協(xié)同,以及造成配電網(wǎng)規(guī)劃資源的浪費(fèi)。分布式電源無序接入配電網(wǎng),某公司分布式光伏用戶安裝數(shù)量呈現(xiàn)明顯的地域分布,分布極不平衡。據(jù)統(tǒng)計(jì),單位1、單位2、單位3安裝比較集中,分布式光伏用戶占比達(dá)到62.43%;單位6和單位7安裝較少,占比僅為16.41%。

        二是部分臺(tái)區(qū)光伏滲透率過高。某縣公司作為整縣光伏示范縣,共計(jì)2620個(gè)配電臺(tái)區(qū),存在245個(gè)臺(tái)區(qū)分布式光伏,滲透率大于80%,占比9.35%,高滲透率會(huì)造成配變臺(tái)區(qū)電壓兩級(jí)越限,配變首端越上限,配變末端越下限;此外,分布式光伏造成高電壓?jiǎn)栴}缺乏治理經(jīng)驗(yàn)。隨著整縣光伏接入工作推進(jìn),光伏用戶數(shù)量迅速增長(zhǎng),臺(tái)區(qū)電壓普遍抬升,會(huì)產(chǎn)生高電壓投訴及其他一系列高電壓?jiǎn)栴},現(xiàn)階段對(duì)分布式光伏接入造成配變電壓越限問題缺少可推廣應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),及治理措施與技術(shù)手段。

        1.2 光伏滲透率對(duì)臺(tái)區(qū)電壓的影響

        數(shù)據(jù)選取某單位2022年典型負(fù)荷日(8月20日)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析,不同光伏滲透率下臺(tái)區(qū)電壓的變化情況見表1。

        通過數(shù)據(jù)分析、挖掘,探究不同光伏滲透率情況下對(duì)臺(tái)區(qū)電壓的影響,取臺(tái)區(qū)A 相電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比:光伏接入比例較低時(shí),電壓波動(dòng)范圍較小,能夠有效保證負(fù)荷高峰時(shí)段抬升電壓,臺(tái)區(qū)電壓趨于平穩(wěn)運(yùn)行;隨著光伏接入比例增高,中午發(fā)電高峰時(shí)段電壓提升效果明顯增強(qiáng),光伏接入比例達(dá)到70%左后,中午配變低壓側(cè)電壓值比負(fù)荷低谷時(shí)電壓值高9V,電壓波動(dòng)幅度較大;當(dāng)分布式光伏接入容量超過配變額定容量時(shí),中午陽光充足時(shí)出現(xiàn)明顯的電壓峰值,且配變低壓側(cè)電壓值比負(fù)荷低谷時(shí)電壓值高12.7V,電壓波動(dòng)幅度范圍最大。分布式光伏滲透率與臺(tái)區(qū)電壓的關(guān)系如圖1所示。

        圖1 不同滲透率情況下8月20日電壓曲線圖

        1.3 分布式光伏接入位置對(duì)臺(tái)區(qū)電壓的影響

        通過不同時(shí)間、不同電表箱內(nèi)用戶的電壓情況,獲取在不同時(shí)段,光伏接入臺(tái)區(qū)在各個(gè)位置的電壓情況。選取某單位2022年9月2日,9點(diǎn)、13點(diǎn)、17點(diǎn)三個(gè)不同時(shí)段的數(shù)據(jù),對(duì)臺(tái)區(qū)不同位置的電壓進(jìn)行觀測(cè)。甲臺(tái)區(qū)變壓器接入12個(gè)表箱,最遠(yuǎn)表箱距離變壓器位置180m,具體拓?fù)淙鐖D2所示。

        圖2 甲臺(tái)區(qū)表箱位置示意圖

        不同時(shí)段、不同位置的電壓情況見表2。

        表2 甲臺(tái)區(qū)配變關(guān)口電壓統(tǒng)計(jì)表

        針對(duì)不同時(shí)段,根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)距離配電變壓器的地理位置,繪制電壓曲線如圖3所示,可看出甲臺(tái)區(qū)在不同觀測(cè)點(diǎn)的電壓均超242V,遠(yuǎn)超規(guī)定的電壓上限235.4V,13時(shí)整體電壓均升高明顯,最高達(dá)到249V。

        圖3 觀測(cè)點(diǎn)電壓情況

        乙臺(tái)區(qū)變壓器接入10個(gè)表箱,最遠(yuǎn)表箱距離變壓器位置160m,具體拓?fù)淙鐖D4所示。

        圖4 乙臺(tái)區(qū)表箱位置示意圖

        不同時(shí)段、不同位置的電壓情況見表3。

        表3 乙臺(tái)區(qū)配變關(guān)口電壓統(tǒng)計(jì)表

        針對(duì)不同時(shí)段,根據(jù)觀測(cè)點(diǎn)距離臺(tái)區(qū)的地理位置,繪制電壓曲線,如圖5所示??煽闯?,乙臺(tái)區(qū)不同觀測(cè)點(diǎn)的電壓均超239.5V,遠(yuǎn)超規(guī)定的電壓上限235.4V,13點(diǎn)時(shí)整體電壓均升高明顯,最高達(dá)到251V。

        分布式光伏接入距離配變?cè)竭h(yuǎn),電壓抬升效果越明顯,并且可能會(huì)高于配變首端電壓[1];分布式光伏發(fā)電量越大,接入點(diǎn)電壓越高。

        2 分布式光伏高電壓?jiǎn)栴}解決方案

        2.1 管理方面

        創(chuàng)新分布式光伏接入管理機(jī)制。按照《分布式電源接入電網(wǎng)承載力評(píng)估導(dǎo)則》和工作要求,在網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)上,細(xì)化每臺(tái)配電變壓器,通過評(píng)估配電網(wǎng)運(yùn)行情況和配變消納能力,形成“三色九宮格”分布式光伏承載力評(píng)估模型,最大限度提高分布式光伏消納能力。通過梳理配電網(wǎng)承載能力,為光伏安裝企業(yè)提供引導(dǎo),合理確定分布式光伏安裝的容量和位置,降低分布式光伏接入對(duì)配電網(wǎng)的影響,以此解決臺(tái)區(qū)重過載和低壓線路末端短時(shí)低電壓?jiǎn)栴},配變承載能力見表4。

        表4 “三色九宮格”配變承載能力統(tǒng)計(jì)情況

        分布式光伏接入承載力情況評(píng)估等級(jí)劃分如表5所示。

        表5 開放配變接入分布式電源情況評(píng)估等級(jí)劃分

        應(yīng)因地制宜,合理規(guī)劃分布式光伏接入。充分考慮地區(qū)發(fā)展、供電區(qū)域類型等要求,按照基于現(xiàn)狀,適度超前,分層分區(qū)的原則,提前做好配電網(wǎng)規(guī)劃,將電網(wǎng)規(guī)劃與政府結(jié)合,全面梳理各個(gè)地區(qū)的負(fù)荷特點(diǎn),針對(duì)特定區(qū)域爭(zhēng)取電價(jià)政策支持,在白天設(shè)置低谷電壓,引導(dǎo)用戶負(fù)荷與光伏出力有效平衡,降低潮流流動(dòng)。在部分用電負(fù)荷較大的區(qū)域增加光伏布局,從而降低電網(wǎng)供電壓力,提高光伏消納能力。

        2.2 技術(shù)方面

        2.2.1 通過逆變器參與調(diào)壓

        按照國(guó)標(biāo)《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器要求》(GB/T37408-2019),逆變器的無功容量及無功控制功能應(yīng)滿足下列要求。

        無功容量:逆變器穩(wěn)態(tài)無功功率輸出范圍應(yīng)滿足,A 類逆變器應(yīng)在所示實(shí)線矩形框內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào),B 類逆變器應(yīng)在所示陰影框內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào)。具備電網(wǎng)無功支撐能力的A 類逆變器無功功率輸出范圍宜在虛線范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)可調(diào),逆變器的無功出力范圍如圖6所示。

        圖6 逆變器無功出力范圍

        無功控制:A 類逆變器應(yīng)具有多種無功控制模式,包括電壓/無功控制、恒功率因數(shù)控制和恒無功功率控制等,具備接受功率控制系統(tǒng)指令并控制輸出無功功率的能力,具備多種控制模式在線切換的能力。逆變器無功功率控制誤差不應(yīng)大于逆變器額定有功功率的1%,響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于1s。B 類逆變器宜與A 類光伏逆變器的要求相同。

        并網(wǎng)光伏逆變器最大無功容量和逆變器容量的關(guān)系為:

        2.2.2 采用儲(chǔ)能設(shè)備削峰填谷

        受光伏發(fā)電自身間歇性、波動(dòng)性的影響,分布式光伏高比例滲透給電網(wǎng)消納、安全運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。儲(chǔ)能能夠平抑光伏的間歇性、波動(dòng)性。分布式儲(chǔ)能的主要目的是調(diào)節(jié)峰谷用電問題,有利于電力調(diào)度,避免供電容量不足,減小臺(tái)區(qū)電壓波動(dòng)幅度,降低峰值負(fù)荷,從而提升電網(wǎng)的運(yùn)行效率。

        2.2.3 通過多組并聯(lián)電抗器減少電壓波動(dòng)

        對(duì)于分布式光伏接入造成的臺(tái)區(qū)電壓波動(dòng)問題,可在臺(tái)區(qū)上裝設(shè)多組自動(dòng)投切并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置,從而達(dá)到“精細(xì)化補(bǔ)償”的效果[3]。通過優(yōu)化無功補(bǔ)償方案,穩(wěn)定臺(tái)區(qū)電壓,解決電壓波動(dòng)問題,改善供電質(zhì)量,保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)跟蹤運(yùn)行時(shí)無功功率的變化,自動(dòng)投切相應(yīng)容量的電抗器,從而實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的電壓控制,減少能耗,控制策略如圖7所示。

        圖7 并聯(lián)電抗器控制策略

        分組自動(dòng)投切并聯(lián)電抗器治理效果論證:以某臺(tái)區(qū)為例,配變?nèi)萘繛?00kVA,接入分布式光伏容量238.6kW,光伏滲透率59.65%,經(jīng)過對(duì)該臺(tái)區(qū)2022年9月電表后臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)該臺(tái)區(qū)存在電壓波動(dòng)問題,波動(dòng)范圍為221~244V,即0.45%~10.91%,已超出國(guó)標(biāo)要求的電壓波動(dòng)范圍。對(duì)多組自動(dòng)投切并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置投運(yùn)后該臺(tái)區(qū)電壓壓降情況進(jìn)行模擬試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表6。

        表6 電壓壓降情況統(tǒng)計(jì)表

        裝置投入前后臺(tái)區(qū)電壓對(duì)比,如圖8所示。

        圖8 裝置投入前后臺(tái)區(qū)電壓對(duì)比

        從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以分析得出,采用多組自動(dòng)投切并聯(lián)電抗器補(bǔ)償裝置可有效改善因分布式光伏接入造成的臺(tái)區(qū)電壓高電壓、波動(dòng)大等情況,切實(shí)提高臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量,該裝置具有較強(qiáng)的可行性。

        3 結(jié)語

        在國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的政策支持和在高滲透率光伏接入配電網(wǎng)的背景下,本文從技術(shù)和管理的角度分別闡述了目前分布式光伏接入電力系統(tǒng)后存在的一系列問題,分析了因分布式光伏接入而產(chǎn)生臺(tái)區(qū)高電壓?jiǎn)栴}的根本原因,并提出了分布式光伏高電壓?jiǎn)栴}的解決方案,以此提升電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性,減少電網(wǎng)的損耗。

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