光伏并網(wǎng)之難
波動性影響電網(wǎng)安全
光伏發(fā)電接入電網(wǎng)有兩種形式，一種是分布式接入，其電站分布點多面廣，規(guī)模較小，一般是就地消納;另一種是大規(guī)模集中式并網(wǎng)，即大型光伏基地集中并入電網(wǎng)，其電壓等級較高，輸電容量更大。西北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對落后，當(dāng)?shù)赜秒娦枨笮?，所發(fā)電量不能全部就地消納，對電網(wǎng)外送能力依賴性較強。
我國規(guī)劃2020年在甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等地建成9個千萬千瓦級風(fēng)電基地，其中部分地區(qū)同時建設(shè)百萬千瓦級光電基地。“規(guī)模化開發(fā)、集中并網(wǎng)”已成為我國可再生能源開發(fā)利用的主要模式之一。
“無論哪種形式，光伏發(fā)電受天氣影響波動較大，夜里則變成零發(fā)電。一般認為，光伏發(fā)電的波動性強于風(fēng)電。極端例子如3月發(fā)生在歐洲的日食現(xiàn)象，太陽光突然消失并很快重現(xiàn)，對光伏發(fā)電應(yīng)用大國德國的電網(wǎng)是一次重大考驗，稍有不慎就會造成大規(guī)模電網(wǎng)事故。”南瑞集團下屬單位國電南瑞安全穩(wěn)定控制分公司新能源并網(wǎng)控制技術(shù)開發(fā)部副經(jīng)理?？嫡f。
今年3月，國家發(fā)改委、國家能源局發(fā)布關(guān)于改善電力運行調(diào)節(jié)促進清潔能源多發(fā)滿發(fā)的指導(dǎo)意見，要求采取措施落實可再生能源發(fā)電全額保障性收購制度，在保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的前提下，全額安排可再生能源發(fā)電。
為讓光伏發(fā)電安全并網(wǎng)，最好的方法是抑制光伏發(fā)電的波動，讓光伏發(fā)電的輸出變成與火力發(fā)電等常規(guī)電廠相近的電源。
大規(guī)模光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊十分強烈。為了安全起見，電網(wǎng)對并入的光伏發(fā)電需要進行控制。此前，電網(wǎng)調(diào)度人員主要是靠運行經(jīng)驗來操作，但由于缺乏統(tǒng)一的判斷依據(jù)，調(diào)度人員與光伏電站方之間容易產(chǎn)生判斷上的分歧。
而現(xiàn)在，有了集群控制系統(tǒng)，就有了控制新能源發(fā)電這匹“野馬”的“韁繩”，電網(wǎng)公司和光伏電廠就能依據(jù)檢測數(shù)據(jù)，做出準確判斷。
集控系統(tǒng)之功
保障電網(wǎng)安全，促進多發(fā)滿發(fā)
在酒泉新能源基地示范工程的集群控制系統(tǒng)主運行畫面中，動態(tài)顯示了基地電網(wǎng)及控制裝置的運行信息，包含18個測光站、18個光伏電站、1000臺光伏逆變器的資源和運行實時監(jiān)測信息的資源以及運行實時監(jiān)測信息，讓大規(guī)模新能源可量化、可觀測。
酒泉新能源基地是我國首個千萬千瓦級風(fēng)電基地、百萬千瓦級光電基地。運行人員點擊“新能源監(jiān)視”按鈕，就能實現(xiàn)對光伏發(fā)電出力實測值、預(yù)測值和計劃值進行直觀展示與比較，從而掌握光伏電站參與電網(wǎng)調(diào)度的能力。
“集群控制系統(tǒng)接入了電站和電網(wǎng)兩頭的光伏預(yù)測數(shù)據(jù)，就會自動比對校核，使得預(yù)測短期誤差控制在15%以內(nèi)，超短期預(yù)測控制在10%以內(nèi)。”?？嫡f。
除光伏電站監(jiān)測外，系統(tǒng)還可以查看所有監(jiān)視斷面的運行狀態(tài)，而斷面數(shù)據(jù)可有效反映線路的輸電能力。系統(tǒng)與已有的發(fā)電出力預(yù)測、電力調(diào)度系統(tǒng)、信息通信系統(tǒng)等實現(xiàn)無縫連接，通過整合電網(wǎng)、電廠及天氣等各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，有效開展在線評估與預(yù)警。
有了科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，調(diào)度人員可結(jié)合以往經(jīng)驗制定各方認可的判斷標(biāo)準。在安全穩(wěn)定系統(tǒng)的保障下，電網(wǎng)輸送能力得到最大限度提高，光伏電站出力隨之得以最大化、最優(yōu)化。
“系統(tǒng)根據(jù)斷面限額分配各光伏電站的發(fā)電出力。而線路輸電限額對于各光伏電站是公開的，可以通過我們在各廠站安裝的終端裝置查看。不僅如此，各電廠之間也能相互查看上網(wǎng)電量。”常康說。
通過考查電站對調(diào)控指令的執(zhí)行精度、發(fā)電功率預(yù)測精度歷史，系統(tǒng)還可以計算出預(yù)測精度指標(biāo)及調(diào)節(jié)性能指標(biāo)，在外送能力較大的情況下，優(yōu)先增加調(diào)節(jié)性能好、預(yù)測精度高的廠站出力，以更公平、科學(xué)的方式引導(dǎo)電站提高技術(shù)水平、參與電網(wǎng)調(diào)度。
而一旦輸電斷面發(fā)生過載隱患，系統(tǒng)可及時采取一系列應(yīng)急控制措施，使風(fēng)光電站更加積極、有效地參與電網(wǎng)調(diào)控，最大限度保障電網(wǎng)安全。憑借該系統(tǒng)技術(shù)，我國在大規(guī)模能源接入方面已經(jīng)具備比國外電網(wǎng)更強的技術(shù)實力。
未來應(yīng)用之廣
提高電網(wǎng)新能源滲透率
截至2014年年底，甘肅光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的裝機容量分別居全國第一和第二。未來，集群控制系統(tǒng)將在甘肅1500萬千瓦風(fēng)電場、500萬千瓦光伏電站示范應(yīng)用，每年能夠增加發(fā)電量19億度;相當(dāng)于每年節(jié)約64.41萬噸標(biāo)準煤，同時減少二氧化碳排放184.28萬噸、二氧化硫排放7220噸、煙塵排放2280噸。按每度電平均社會產(chǎn)值4.18元(甘肅省產(chǎn)值)測算，可增加社會產(chǎn)值79.42億元。
滲透率是反映新能源出力占最大負荷比重的指標(biāo)。滲透率越高，說明清潔能源比重越大。今年4月，國家電網(wǎng)公司發(fā)布促進新能源發(fā)展白皮書，2014年我國可再生能源中風(fēng)電裝機占73%，太陽能發(fā)電裝機占20%，是新能源的主力。集群控制系統(tǒng)研究與開發(fā)課題，將全面提升大規(guī)模風(fēng)光電集群響應(yīng)大電網(wǎng)調(diào)度的能力，緩解大規(guī)模集中開發(fā)可再生能源與電網(wǎng)協(xié)調(diào)的矛盾。
?？到榻B，課題建成的示范系統(tǒng)及運行經(jīng)驗對我國大規(guī)模風(fēng)光基地的建設(shè)起到示范和推動作用，可在新疆、青海等大型光伏基地推廣應(yīng)用，同時也為其他大型新能源基地和中東部局部地區(qū)電網(wǎng)高滲透率接入風(fēng)光電提供了技術(shù)借鑒。在國際上，課題成果為北非大規(guī)模荒漠太陽能光伏集群、歐洲大規(guī)模海上風(fēng)電集群的建設(shè)與運行提供了一個“中國式范本”。
“不同地區(qū)新能源發(fā)電接入電網(wǎng)具有區(qū)域特征，如甘肅電網(wǎng)的特征在于關(guān)鍵斷面受限，而東北電網(wǎng)有更多的調(diào)峰要求。下一步，我們將持續(xù)改善系統(tǒng)適用性，讓其滿足不同地區(qū)大規(guī)模新能源接入的特殊要求。”常康表示。
