引言:从技术角度分析,光伏发电主要原理是利用半导体界面光伏效应,将光能转化为电能。光伏发电系统主要由太阳能电池板、控制器以及逆变器等组件构成,对太阳能电池进行串联处理后即可构成大面积电池组件,随后在控制器支持下即可形成光伏发电装置。其在具体应用可以接入不同组网,对电力电压进行系统性管理,同时在其清洁性、安全性等优势引领下,光伏发电成为太阳能发电技术主要发电形式。考虑到不同地区间电网运行要求存在明显差异,如高海拔地区对电网负荷预测不同、不同区域继电保护配置方案存在明显差异,由此需要对光伏电站接入区域电网的协调性进行深入探究。
一、分布式光伏发电及主动配电网概述
(一)分布式光伏发电概述
分布式光伏是一种以光电元件为基础的新型电源,其具备分布式发电以及新能源的共同优势。因此,我国多数地区都在积极推广分布式发电方式。然而需要认识到的一点是,这种发电模式也会对传统电力系统运行产生一定影响,比如对常规电力系统输出量预测有一定影响。太阳能发电量与其受到的辐照强度有很大的关系,由于日夜交替、四季变化、阴晴变化等多种原因,使得电力系统输出功率具有很高的波动性,这给电力系统输出功率预测带来较大困难,而传统电网功率预测主要依托于区域电网内负荷最大需求量,对分布式光伏发电考虑不足。分布式光伏发电对电力网络的安全运行造成了潜在的威胁,其接入电网后会使原有的电力网络在某种程度上发生变化,使得整个地区电力网络被划分为多个有源配电网络,电力系统的潮流趋势从单向发展到双向,将会对传统的电力系统电压特性、保护设置等产生一定的影响,从而增加系统电压越界的可能性,影响电力系统运行稳定性。电网发生故障时,会造成部分区域停电,而分布式光伏发电会使该停电区域的部分线路仍在保持带电状态,这使得电网调度无法对该区域的电网进行控制,对电网安全运行造成隐患,也容易危害人身安全和造成设备损害,导致不必要的电力纠纷。
(二)主动配电网基本特征
主动配电网络是一种有主控和操作功能的配电网络,它可以根据不同的电流用量,实现对地区电网进行分布的管理,实现依照需求确定供电方案,保证能源供应合理化、科学化、具体化。它的特征是:延迟资源投入、显著提升反应能力、灵活的网络特性、可靠的电力品质,其可以在降低损耗的基础上兼顾提升配电网运行效率的目标。主动配电网在实际运行过程中需要依托的关键技术主要包括数据融合技术、能量管理、保护控制等,其具体结果如图1所示。
图1 主动配电网结构示意图
二、光伏发电对区域电网规划的影响
从实际应用角度分析,当前光伏发电技术发展较为成熟,并已取得较为可观的成效。然而需要认识到的一点是光伏发电作为新能源的重要分支,其实际应用直接与区域电网规划性造成影响,为切实保障光伏发电社会价值得到充分发挥,技术人员在实际工作中需要对光伏发电及主动配电网兼容性以及协调性进行充分考量,相关影响因素主要包括如下几方面。
(一)电源结构因素
从总体上看,不同能量型电力系统不仅要适合于资源配置,而且要根据经济发展需要进行合理供电计划设计,以达到最佳供电配置。其中,新能源生产方式和常规发电方式之间的相互配合关系将会影响到新发电设备应用价值,只有在耗能与生产方式相适应时新发电方式才会更好地利用。当前,光伏新能源发电事业正处于蓬勃发展极端,同时传统能源装机以及新能源装机比例失调矛盾也随之凸显,各发电区域抽水蓄能未得到充分利用,燃气发电仍然占很大比重,新能源装机与计划总容量还有很大的距离,地方电网的统筹协调还需要进一步加强。
(二)系统调峰因素
从系统的调峰角度来分析,光伏发电作为一种新能源,其输出性能具有反调峰特点,与常规电力资源相比其稳态性能差。当前,虽然我国很多地区电源调峰能力相对较好,但仍然无法为光伏等新能源提供更广阔的发展空间,所以需要重点研究地区特性下的调峰系统与光伏发电规模的协调问题,从而使电网设计更加合理。
(三)源网协同因素
源网协调性即电源规划及电网规划的长期适应性,但从现阶段来看,我国部分地区存在新型能源争夺发展平台、发展混乱无序的情况,与电网规划产生多方冲突并造成了较大浪费;对此,有关部门应提高干预比例,对供电企业进行必要的电网接纳能力相关方面宣讲,并对包括光伏在内的新能源建设加以疏解和引导。
(四)配电网利用效率因素
在电力系统的设计中,一般都是以容载比、最大负载率等为依据来评估计划可行性。从国内部分地区电力系统发展实际情况来看,光伏发电是一种不稳定的电源,一旦进行并网就会导致电能盈余波动情况发生概率大幅提升,从而对输电网络容量和方向产生负面作用;其次,由于新能源大力开发背景会导致电力系统的容量和负荷速率的极度增长,从而降低公共电网电能和电力系统使用效益。此外,在光伏能源上网线路规划中,多数采用导线截面方式进行装机容量选取,当机组并网率较低且年使用时间较短的条件下,配套输出线负载率显著低于正常水平,甚至出现低于正常水平情况,这对整体电力系统利用效益造成严重影响。
三、提升区域电网光伏发电及电力系统规划协调性的对策
(一)提升技术规范严谨性
技术规范对于促进地区电网和分布式光伏发电协调发展具有重要意义,尤其是在建设和安装过程中,要严格按照规范施工程序和技术规范来保证系统稳定运行。由于分布式光伏发电与传统的发电技术有着本质的区别,因此必须采用严格的操作规范和技术措施保证电网运行稳定性,最大限度地降低因电网故障所导致的负面印象。由于地区电网每年都要进行大检修、新建、改建等电力建设项目,因此其负载波动较大;若没有相应的技术措施,是不可能保证系统正常工作,同时也难以保障二者协调运行。
(二)充分满足区域电网需求
分布式光伏发电系统设计和建设必须符合地区电网的发展趋势,并根据各地区电力负荷需求和重点负荷分布特点,采用相应分配技术。针对经济发展相对落后、能源需求量低、电力供应能力弱、配电系统基础设施安装技术较差的地区采用分布式光伏发电技术时,要充分考虑地区的地理特征,并与其对应的供电容量相结合,以保证其与地区电网的协同、稳定。对于电网结构复杂、负荷大、用户多、电网结构复杂的地区,光伏电池的存储容量和功率要符合电网的要求。此外,为了保证电力系统的安全,必须采用必要的保护措施,以保证光伏装置和主动配电网稳定、协调运行。
(三)及时开展试点试验
由于环境等外在因素的无法预测性,导致电力系统相关技术相对较为复杂,尤其是当配电网引入了分布式光伏发电系统之后,如果不经过多次小范围内的模拟运行试验,很难保证两者可以兼容运行,互不干扰。比如在配电网中可以找一些典型的适合试验的区域,将分布式光伏发电技术引入到该区域进行试验,用来分析试运行过程中所出现的问题。虽然会耗费一些成本,但是从长远角度来看,对电网安全平稳运行十分必要。经过不断总结分析,改良后的技术更加成熟,运行方式更加合理,相应的问题也会得到解决。同时,待技术成熟后可以将其应用到更大的电力工程建设中,从根本上保障两者之间协调发展。
总结:综上所述,主动配电网特点可以与分布式光伏发电相结合,同时光伏发电也可以通过主动配电网关键技术实现接入,并优化储能、负荷联控,确保其发挥更大的作用。为切实保障光伏发电与主动配电网协调运行,管理部门在实际工作中应注意提升技术规范严谨性、满足区域电网需求、积极开展试点试验,切实保障光伏电站与区域电网适配,最大限度低保障电网运行稳定性。
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