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

王進

摘要：隨著全球人口的不斷增長，社會的不斷發(fā)展與進步，人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)活動所需要耗費的自然資源已經(jīng)即將超過了地球自身的負荷，尤其是石油、煤炭、森林等不可再生資源，而且這種狀況還可能隨著人口數(shù)量的日漸增長與社會發(fā)展的消耗而變得越發(fā)明顯與嚴重，人類發(fā)展與自然環(huán)境間的矛盾將會更加劍拔弩張。所以為了實現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展，大力發(fā)展可再生、清潔能源就顯得尤為重要。本文在此背景下，對大規(guī)模光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)后的影響進行了分析，并提出以完善標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)籌規(guī)劃、在線監(jiān)測、創(chuàng)新調(diào)控、“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)，加快新能源電力系統(tǒng)改革等措施促進電網(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：互聯(lián)網(wǎng);光伏發(fā)電;可再生資源;可持續(xù)發(fā)展

能源互聯(lián)網(wǎng)是推動我國能源革命 的重要戰(zhàn)略支撐，對適應(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 動能源市場開放和產(chǎn)業(yè)升級，形成新的 經(jīng)濟增長點，提升能源國際合作水平具 有重要意義。太陽能光伏發(fā)電作為能源 互聯(lián)網(wǎng)的一個重要分支，對清潔能源的 貢獻不可估量，從電網(wǎng)發(fā)展角度考慮， 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模接入電網(wǎng)運 行，實現(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)濟意 義和社會意義。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成及并網(wǎng)方案

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

1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

并網(wǎng)運行的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是由太陽能光伏電池組件、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，最基本的是太陽能電池，也是一種半導(dǎo)體器件，具有“光生伏打”效應(yīng)。太陽光照射強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瑢崿F(xiàn)并網(wǎng)。除了主要的組成機構(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、無功調(diào)節(jié)裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置等等，主要對光伏并網(wǎng)的運行監(jiān)控、提高電能質(zhì)量等方面起支撐作用。

1.2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，出線線路上無其他任何性質(zhì)的負荷，并網(wǎng)點設(shè)置為用戶進線斷路器，由該斷路器控制光伏系統(tǒng)是否并網(wǎng)運行。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)線路的某一個點接入光伏系統(tǒng)，該線路仍為其他用戶供電，作為原線路的一個分支，即是負荷也是電源，需考慮與原線路保護的配合。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，資產(chǎn)為用戶內(nèi)部管理，這樣能夠使用戶能夠同時滿足常規(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題，節(jié)約成本，為清潔能源消納提供更優(yōu)策略。但缺點是接線復(fù)雜，不易管控，相關(guān)設(shè)備改造不能同步，相關(guān)技術(shù)課題有待進一步研究。

二、光伏系統(tǒng)接入對電網(wǎng)運行的影響分析

2.1光伏接入對繼電保護的影響

就目前電力系統(tǒng)繼電保護而言，小容量光伏系統(tǒng)接入低壓可能不會對系統(tǒng)保護運行造成影響，但是在能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的未來，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，短路電流會因光伏電源的存在發(fā)生變化，極易出現(xiàn)保護失去靈敏性和選擇性。其次是對系統(tǒng)潮流的影響，對方向性配合要求更高。在能源互聯(lián)網(wǎng)建成的未來，光伏發(fā)電系統(tǒng)占比擴大，需要繼電保護協(xié)調(diào)配置，并滿足不同電源的接入，滿足特高壓電網(wǎng)運行要求，形成更為智能、靈活的繼電保護系統(tǒng)。

2.2光伏接入對供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量的影響

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

2.3光伏接入對電網(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)定運行的守護者和指揮者，對光伏發(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、計劃檢修工作、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，針對光伏管理采取以下幾方面的措施：

（1）建立健全有針對性的管理標(biāo)準(zhǔn)。能源互聯(lián)，標(biāo)準(zhǔn)先行，《關(guān)于推進“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，并推動實現(xiàn)國際化，引領(lǐng)全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

（2）從源頭出發(fā)，長遠統(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、互補協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，著力研究新型太陽能體系及其耦合機理，能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃方案優(yōu)化及評價指標(biāo)體系的建立，太陽能及儲能等關(guān)鍵設(shè)備的規(guī)劃與投資等等。

（3）創(chuàng)新電網(wǎng)調(diào)控運行管理模式。加強調(diào)控系統(tǒng)人員技術(shù)培訓(xùn)，熟練掌握光伏并網(wǎng)運行的技術(shù)要求，開展含光伏系統(tǒng)的各類故障演練，探索大規(guī)模光伏接入后對電力系統(tǒng)負荷預(yù)測的影響。在供電企業(yè)內(nèi)部建立“規(guī)劃-營銷-運維-調(diào)度”協(xié)同化管理模式，全過程管控光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)運行。

（4）“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)，加快新能源電力系統(tǒng)改革。光伏接入電網(wǎng)運行作為有源網(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)等方面對新能源電力系統(tǒng)建設(shè)提供支撐，通過“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)發(fā)展、集成互補，進而促進能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

三、結(jié)語

在全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大背景下，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的各項技術(shù)的成熟和實踐應(yīng)用，將成為清潔能源高效利用的主要組成部分。在，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)以及居民個人的示范項目全面落地開花，進一步創(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題，讓人們生活更加美好，讓世界成為能源充足、天藍地綠、和平和諧的地球村。

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