能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光伏接入電網(wǎng)管理模式探索

李曉永 吳樹茂

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司，天津 300190）

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能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光伏接入電網(wǎng)管理模式探索

李曉永 吳樹茂

（國(guó)網(wǎng)天津市電力公司城西供電分公司，天津 300190）

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，全球能源互聯(lián)網(wǎng)作為一場(chǎng)新的能源革命正在孕育而生，特高壓電網(wǎng)、智能電網(wǎng)、清潔能源成為能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的支撐平臺(tái)，本文在此背景下，對(duì)大規(guī)模光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)后的影響進(jìn)行了分析，并提出以完善標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)籌規(guī)劃、在線監(jiān)測(cè)、創(chuàng)新調(diào)控、“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)，加快新能源電力系統(tǒng)改革等措施促進(jìn)電網(wǎng)企業(yè)在光伏管控方面適應(yīng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：能源互聯(lián)網(wǎng)；光伏接入；調(diào)控管理

一、全球能源互聯(lián)網(wǎng)概述

2016年2月29日，《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》正式發(fā)布，意見中指出：能源互聯(lián)網(wǎng)是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征。國(guó)家電網(wǎng)公司董事長(zhǎng)劉振亞提出全球能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)質(zhì)就是“特高壓電網(wǎng)+智能電網(wǎng)+清潔能源”，特高壓電網(wǎng)是關(guān)鍵，智能電網(wǎng)是基礎(chǔ)，清潔能源是根本。

能源互聯(lián)網(wǎng)是推動(dòng)我國(guó)能源革命的重要戰(zhàn)略支撐，對(duì)適應(yīng)可再生能源規(guī)模化發(fā)展，提升能源開發(fā)利用效率，推動(dòng)能源市場(chǎng)開放和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，提升能源國(guó)際合作水平具有重要意義。太陽(yáng)能光伏發(fā)電作為能源互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)重要分支，對(duì)清潔能源的貢獻(xiàn)不可估量，從電網(wǎng)發(fā)展角度考慮，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模接入電網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)清潔能源消納，還可以節(jié)約成本、降低環(huán)境污染，有著重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及并網(wǎng)方案

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)利用“光伏效應(yīng)”的基本原理，通過(guò)太陽(yáng)能電池板作為介質(zhì)，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能。

1. 光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

并網(wǎng)運(yùn)行的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽(yáng)能光伏電池組件、光伏陣列匯流箱、交直流配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器等設(shè)備組成。其中，最基本的是太陽(yáng)能電池，也是一種半導(dǎo)體器件，具有“光生伏打”效應(yīng)。太陽(yáng)光照射強(qiáng)度以及電池板的面積大小與電池的電流大小成正比。其次，是光伏陣列匯流箱，它的作用是匯流，先串聯(lián)后并聯(lián)，而后輸出直流電，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡ü夥鼘Ｓ茫?，?shí)現(xiàn)并網(wǎng)。除了主要的組成機(jī)構(gòu)以外，接入系統(tǒng)設(shè)備、系統(tǒng)的通信監(jiān)控裝置、防雷及接地裝置、濾波裝置、無(wú)功調(diào)節(jié)裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置等等，主要對(duì)光伏并網(wǎng)的運(yùn)行監(jiān)控、提高電能質(zhì)量等方面起支撐作用。

2. 光伏系統(tǒng)接入配電網(wǎng)方案研究

方案一：光伏發(fā)電系統(tǒng)專線接入公用站，占用公用變電站10kV間隔，出線線路上無(wú)其他任何性質(zhì)的負(fù)荷，并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置為用戶進(jìn)線斷路器，由該斷路器控制光伏系統(tǒng)是否并網(wǎng)運(yùn)行。該方案多為自發(fā)自用、余電上網(wǎng)類型的光伏系統(tǒng)使用。從供電企業(yè)角度考慮，此類型光伏系統(tǒng)接線簡(jiǎn)單，故障情況下隔離速度快，影響小。

方案二：光伏發(fā)電系統(tǒng)“T接”接入10kV配電線路，即在原有常規(guī)線路的某一個(gè)點(diǎn)接入光伏系統(tǒng)，該線路仍為其他用戶供電，作為原線路的一個(gè)分支，即是負(fù)荷也是電源，需考慮與原線路保護(hù)的配合。

方案三：10kV專線客戶本站低壓接入光伏系統(tǒng)后，該用戶仍以普通負(fù)荷性質(zhì)接入電網(wǎng)，光伏系統(tǒng)在用戶站低壓側(cè)安裝開關(guān)為并網(wǎng)點(diǎn)，資產(chǎn)為用戶內(nèi)部管理，這樣能夠使用戶能夠同時(shí)滿足常規(guī)電網(wǎng)用電和光伏系統(tǒng)用電。此方案多為自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)類型的光伏用戶使用。

方案四：為滿足具備條件的10kV用戶站對(duì)光伏的接入需求，將方案二與方案三融合，更大程度地解決了路由問(wèn)題，節(jié)約成本，為清潔能源消納提供更優(yōu)策略。但缺點(diǎn)是接線復(fù)雜，不易管控，相關(guān)設(shè)備改造不能同步，相關(guān)技術(shù)課題有待進(jìn)一步研究。

三、光伏系統(tǒng)接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響分析

1. 光伏接入對(duì)繼電保護(hù)的影響

就目前電力系統(tǒng)繼電保護(hù)而言，小容量光伏系統(tǒng)接入低壓可能不會(huì)對(duì)系統(tǒng)保護(hù)運(yùn)行造成影響，但是在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的未來(lái)，光伏以及各類清潔能源大規(guī)模的并網(wǎng)將使系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)發(fā)生變化，例如短路阻抗等。在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，短路電流會(huì)因光伏電源的存在發(fā)生變化，極易出現(xiàn)保護(hù)失去靈敏性和選擇性。其次是對(duì)系統(tǒng)潮流的影響，對(duì)方向性配合要求更高。在能源互聯(lián)網(wǎng)建成的未來(lái)，光伏發(fā)電系統(tǒng)占比擴(kuò)大，需要繼電保護(hù)協(xié)調(diào)配置，并滿足不同電源的接入，滿足特高壓電網(wǎng)運(yùn)行要求，形成更為智能、靈活的繼電保護(hù)系統(tǒng)。

2. 光伏接入對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量的影響

我們知道，太陽(yáng)能系統(tǒng)受天氣光照影響較為直接，不能提供穩(wěn)定的能源轉(zhuǎn)化會(huì)使光伏系統(tǒng)出現(xiàn)各種擾動(dòng)、諧波等，進(jìn)而影響供電系統(tǒng)對(duì)用戶的供電頻率、供電電壓等電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)人們生活、生產(chǎn)造成困擾。在常規(guī)電網(wǎng)接入光伏系統(tǒng)可以通過(guò)電力電子逆變器、有源濾波器等措施減少對(duì)其對(duì)電能質(zhì)量的影響，但在全球能源互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的未來(lái)，供電網(wǎng)絡(luò)將通過(guò)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)發(fā)展、集成互補(bǔ)，將分布式能源轉(zhuǎn)型為常態(tài)電源，降低光伏接入對(duì)電能質(zhì)量的影響，為全球能源用戶提供穩(wěn)定的電能供應(yīng)。

3. 光伏接入對(duì)電網(wǎng)調(diào)控管理的影響

電網(wǎng)調(diào)度控制中心作為電力系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的守護(hù)者和指揮者，對(duì)光伏發(fā)電的接入影響有著更為直觀的感受，按照調(diào)度范圍和電壓等級(jí)不同，調(diào)控管理工作也將面臨光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后，在電網(wǎng)方式調(diào)整、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)等方面的困難。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，供電企業(yè)應(yīng)創(chuàng)新調(diào)控管理模式，在電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、電網(wǎng)故障處理、計(jì)劃?rùn)z修工作、防孤島效應(yīng)等方面充分考慮能源互聯(lián)、集成協(xié)調(diào)、智能優(yōu)化、三網(wǎng)合一，建立適應(yīng)新能源電力系統(tǒng)的調(diào)控管理模式。

建立適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)的光伏管理新模式

電網(wǎng)企業(yè)為適應(yīng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，應(yīng)在現(xiàn)有管理理念的基礎(chǔ)上，針對(duì)光伏管理采取以下幾方面的措施：

（1）建立健全有針對(duì)性的管理標(biāo)準(zhǔn)。能源互聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)先行，《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》已經(jīng)發(fā)布，在意見的指導(dǎo)下，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)積極探索太陽(yáng)能開發(fā)具體技術(shù)領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)，形成較為完備的技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)體系，并推動(dòng)實(shí)現(xiàn)國(guó)際化，引領(lǐng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

（2）從源頭出發(fā)，長(zhǎng)遠(yuǎn)統(tǒng)籌互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃。能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的能源與電力規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)向著多能聚合、互補(bǔ)協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，著力研究新型太陽(yáng)能體系及其耦合機(jī)理，能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立，太陽(yáng)能及儲(chǔ)能等關(guān)鍵設(shè)備的規(guī)劃與投資等等。

（3）創(chuàng)新電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行管理模式。加強(qiáng)調(diào)控系統(tǒng)人員技術(shù)培訓(xùn)，熟練掌握光伏并網(wǎng)運(yùn)行的技術(shù)要求，開展含光伏系統(tǒng)的各類故障演練，探索大規(guī)模光伏接入后對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響。在供電企業(yè)內(nèi)部建立“規(guī)劃-營(yíng)銷-運(yùn)維-調(diào)度”協(xié)同化管理模式，全過(guò)程管控光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)運(yùn)行。

（4）“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)，加快新能源電力系統(tǒng)改革。光伏接入電網(wǎng)運(yùn)行作為有源網(wǎng)絡(luò)，從清潔能源利用、用戶多元化需求、智能電網(wǎng)建設(shè)等方面對(duì)新能源電力系統(tǒng)建設(shè)提供支撐，通過(guò)“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)”協(xié)調(diào)發(fā)展、集成互補(bǔ)，進(jìn)而促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

結(jié)語(yǔ)

在全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大背景下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)的成熟和實(shí)踐應(yīng)用，將成為清潔能源高效利用的主要組成部分。在天津，風(fēng)、光等多種形式新能源的消納利用和并網(wǎng)已有大量成功案例，大中小不同企業(yè)以及居民個(gè)人的示范項(xiàng)目在天津全面落地開花，國(guó)網(wǎng)天津電力正在以模式創(chuàng)新為突破點(diǎn)，進(jìn)一步創(chuàng)新分布式電源并網(wǎng)服務(wù)和技術(shù)，確保清潔能源安全便捷并網(wǎng)、100%消納，支撐全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，著力解決能源安全、環(huán)境污染和氣候變化等問(wèn)題，讓人們生活更加美好，讓世界成為能源充足、天藍(lán)地綠、和平和諧的地球村。

參考文獻(xiàn)

［1］曾鳴，楊雍琦，李源非，等.能源互聯(lián)網(wǎng)背景下新能源電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式及關(guān)鍵技術(shù)初探［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2016，36（3）：681-691.

中圖分類號(hào)：TM61

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A