大规模光伏发电对电力系统影响综述

大规模光伏发电对电力系统影响综述

张冶

国电奈曼风电有限公司 内蒙古通辽市奈曼旗 028300

摘要：推动电力行业低碳发展是中国有效控制CO₂排放和推动尽早达峰的重要抓手。在分别利用学习曲线工具和自下而上技术核算方式分析风电、光伏两类主要的可再生电力和其他各类电源发展趋势的基础上，综合评估了既有政策和强化政策条件下2035年前中国电力行业能源活动碳排放变化趋势。研究发现，既有政策情景下电力行业碳排放在2030年左右达到峰值，届时非化石能源在发电量中比重为44%，而通过强化推动能源绿色低碳发展的相关政策，2025年前即可达到电力行业碳排放峰值，2030年非化石电力在发电量中比重可以提升至51%，其中可再生电力加速发展将分别贡献2025、2030和2035年当年减排量（相对于既有政策情景）的45%、54%和62%。尽管从保障电力稳定安全供应角度，煤电装机仍有一定增长空间，但考虑到电力行业绿色低碳和可持续发展的长期需求，仍应加强对煤电装机的有效控制，“十四五”期间努力将煤电装机控制在11亿kW左右的水平。

关键词：光伏发电;电力系统

引言

我国的经济和科技技术都在处于快速的发展状态,人们对能源的需求也不断在提高｡而电力作为当今社会中非常重要的一种能源,人们对电力的要求也在不断地提高｡近些年光伏电站的出现很好地为人们提供了大量电力能源,但是在提供电力能源的同时也出现了一些问题,这些问题需要得到合理的解决才能为人们带来更丰富的能源｡

1. 光伏发电无功调节原理

1.1情景设计

为了深入分析中国2035年前电力行业CO2排放趋势,本文设置了既有政策情景和强化政策情景｡既有政策情景充分考虑电力部门已经实施或者已经宣布在“十三五”(2015—2020年)期间将要实施的､具有CO2减排效益的政策;强化政策情景则是在专家研判基础上进一步引入新的减排政策并对既有政策进行强化｡两个情景下考虑的主要政策^[5]｡

1.2国内目前发展现状

2017年的光伏装机量总量已经大幅超过业内人的预期,前三季度,我国新增光伏装机大约为43GW,同比增长了65.4%,累计装机量约为120GW,同比又增长72.6%｡其中新增分布式装机15GW,同比也增长了300%以上,累计分布式光伏装机量超过25GW,占比已经达到了21%,分布式装机容量已经远超预期｡全年来看,光伏因分布式爆发新增装机量预计将达到55GW｡根据中国国家能源发展“十三五”规划,中国到2020年以后,能源产出消费的非化石能源占一次能源消费总量将会超过15%｡国家发改委､能源局发布的《能源生产和消费革命战略(2016-2030)》提出,到2030年,非化石能源发电占总发电量的50%,到2050年要占全国消费总电量的70%-80%的区间之间,比起当前的占比水平仍差距不小,光伏及可再生能源的发展还有很大提升空间｡2017年,中国光伏新增装机达到近50吉瓦的历史新高,光伏新能源开发的发展潜力巨大｡2017年11月,国家发改委､能源局联合发布《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》,明确提出分布式发电就近利用清洁能源资源,应该实现完全市场化交易｡分布式光伏没有确定的指标瓶颈,“隔墙售电”也突破限制,电网代收电费不用再担心违约问题｡而且,市场已经获得各种突破,出现了分布式“光伏+”等各种模式,有屋顶光伏､农光一体､渔光一体等,业内认为,分布式的爆发2017年仅是起点｡

3算例分析

3.1建立健全规章制度

我国早在很久之前就对相关的电力行业制定了一系列规章制度，而这些规章制度在如今的社会中可能已经不能发挥出特别大的作用，但是如今电力行业自身也拥有着一系列规程规范，将这两种内容进行有效的结合和统一，那么就会对电力行业产生一定的影响，结合光伏电站生产实际制定的制度规范就可以很好的适应生产运维的需求。在光伏发电站中，拥有一套健全的规章制度是一个非常重要的事情，通过这样的规章制度可以让电站的发电效率进一步的提升，并且对企业内部的监管和管理也可以起到一定的影响和作用[3]。对工作的内容也必须拥有一定的实际和规范，不能对凭空想象出来的内容进行操作，一定要从实际的工作内容上下手，从而加强运维管理、设备检修灯环节，让员工能对工作产生负责的态度，从而更好地做到安全工作^[4]。

3.2系统负荷突变

系统中负荷1、2正常工作，在t=3s，给系统增加负荷Load3=10kW+j5kVar，并采用本文的无功均分控制策略，由仿真结果图8可知，在t=5s时系统状态又一次稳定，再次实现无功均分为4192Var。在Q学习策略下，各PV将最大Q值对应最优电压变化量反馈到其下垂控制单元里控制电压幅值，再通过无功均分策略环节使无功输出达到一致，减少系统环流，保证了系统运行的稳定性。而有功功率出力在3s受到扰动后很快自行均分，并不受扰动影响。场景二验证了所提方法能提高微网运行场景变化下的适应性。如果Q学习采集到的状态值即无功偏差量越多，Q表能训练得更完善，从而能更好、更快实现对微网的无功均分控制

^[3]。

4 光伏发电在中油公司各大采油厂的应用

每个采油厂都有数以百计的井站或独立的井场,这些井场空地作为作业备用地,利用效率极低,又临近电力需求侧,所以完全可以充分利用其资源,以采油厂井场为单位进行光伏并网,实现利益多重化｡投资模式一:一个普通井场50m×50m,2500平方米,约占地4亩,余地取666平米(一亩地),可安装光伏扳100kW｡纯利润可达18.88万元｡全采油厂设有井场700个,每年光伏效益可达700×18.88万元=1.32亿元｡投资规模:100kW需投资60万,总投资为4.2亿元｡投资模式二:也可以分阶段投资建设:第一阶段:在每条线路的末端取井场集中建设,每个电站规模在100万元左右,总投资规模3000万元,总效益规模1000万元｡第二阶段:在各个井场进行按容量及负荷大小分批建设,总效益规模2000万元以上｡第三阶段:增设附属设备,集中油田公司的闲散用地､房顶等,继续扩大分布式光伏电站的建设规模,总效益规模在5000万元以上｡中国石油公司有数百个采油厂,井场无数,资源多多,只要充分利用,效益无法估量｡

结束语

本文提出了一种基于可变下垂系数的光伏电站无功电压控制策略。该策略中光伏电站光伏子单元无功电压下垂控制增益根据当前无功容量的大小进行自适应调整，该无功容量的大小取决于当前光伏单元输入的光照强度，为此，文中建立了下垂增益和光照强度之间的函数关系^[2]。为提高光伏电站并网点的电压支撑能力，光照强度小的光伏单元因具有更多的无功容量而设置更大的下垂增益，而光照强度大的光伏单元则设置更小的下垂增益。最后的仿真结果表明，本文控制策略相较于传统控制策略具有更好的电压支撑性能，在不牺牲有功的情况下最大限度地利用光伏电站的无功支撑能力，且能够保证光伏电站的安全稳定运行^[1]。

参考文献：

[1]郑澄然.看好光伏与新能源车等高端制造业机会[N].中国证券报,2020-08-10(003).

[2]林然.黔源电力光伏项目：社会效益居多鸡肋也有肉吃[J].股市动态分析,2020(16):44-45.

[3]白广良.光伏新能源开发在中油公司油田生产中的应用研究[J].现代商贸工业,2020,41(27):158-160.

[4]朱睿,胡博,谢开贵,朱清,赵东宁,牛涛,李春燕,孙悦.含风电-光伏-光热-水电-火电-储能的多能源电力系统时序随机生产模拟[J/OL].电网技术:1-8[2020-08-25].