小型光伏发电系统并网对电网的影响

? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net小型光伏发电系统并网对电网的影响桑 妲(上海电力设计院有限公司 ,上海 200025 )摘 要 : 目前国内如上海 、 北京等大城市的太阳能光伏发电工程 ,大多是装机容量较小的小规模光伏发电站 。这些光伏电站接入电网时对系统有一定影响 。 对小型光伏电站并网时对系统的影响 ,如电压偏差 、 谐波 、 无功平衡等方面进行了分析 。关键词 :光伏发电 ;电压偏差 ;谐波 ;无功平衡 ;并网中图分类号 : TM614 文献标识码 :B1 引言近年来 ,国际上对太阳能资源的利用十分重视 ,世界范围内太阳能光伏技术和光伏产业发展很快 ,光伏发电已经从解决边远地区的用电和特殊用电逐步转向并网发电和建筑结合供电的方向发展 ,并且发展十分迅速 。上海作为国际化大都市 ,是全国最大的港口 、贸易中心 、 科技中心和重要的金融中心 、 信息中心城市之一 ,同时也是我国能源消费总量最多的城市 ,也是能源对外依存度最高的城市之一 。随着上海经济快速增长和市民生活不断改善 ,上海用电量增幅较快 ,用电缺口较大 ,上海本土的总装机容量远远不能满足上海经济发展的需要 。目前上海电网本地电源绝大部分仍为火力发电方式 ,这两年上海市能源结构出现逐步优化的趋势 ,煤炭在能源结构中的比重正在下降 。除了天然气 ,上海奉贤 、 南汇 、 崇明的风力发电场和一些太阳能示范建筑已经点缀出上海将来能源格局的走势 。上海太阳能和风能发电资源都比较丰富 ,上海正在积极推动太阳能资源的利用和太阳能产业的发展 ,同时可以利用世博会的契机大力发展新能源 。 太阳能光伏发电在上海正处于示范项目阶段 ,装机容量 1 MW 级的崇明前卫村太阳能光伏发电工程 ,目前也已完成了设计工作 ,于2007 年投入运营 。2 光伏发电的特点光伏发电是一种清洁的能源 ,资源消耗较小 ,同时又不释放污染物 、 废料 ,也不产生温室气体破坏大气环境 ,也不会有废渣的堆放 、 废水排放等问题 ,有利于保护周围环境 ,是一种绿色可再生能源 。 与相同发电量的火电厂相比较分析可知 ,光伏电站的建设具有明显的节能和环境效益 。太阳能光伏发电系统由光伏组件 、 直流监测配电箱 、 并网逆变器 、 计量装置及上网配电系统组成 。 太阳能通过光伏组件转化为直流电力 ,通过直流监测配电箱汇集至并网型逆变器 ,将直流电能转化为与电网同频率 、 同相位的正弦波电流 。整个光伏电站由若干个子系统组成 ,大量光伏电池板安装在各建筑物屋顶 ,将光伏电池板根据地理位置和容量安排划分为一个个一定容量的子系统 。 每个子系统相对独立 ,分别由光伏组件 、直流监测配电箱 、 并网逆变器等组成 ,各子系统汇流后经过升压 (隔离 ) 变压器并网 。光伏发电系统的发电量主要取决于所在地区的太阳总辐射量 ,以及电池板 、 逆变器等设备因素 。 上海地 区 太 阳 年 总 辐 射 量 基 本 在 平 均 值4 501 MJ/ m2 上下波动 ,全年太阳总辐射量分布以夏季最多 ,占年总量的三分之一 ,太阳总辐射量月最大值出现在 7 月份。 目前 ,世界上太阳电池的实验室效率最高水平为单晶硅电池 24 % ,多晶硅电池 18. 6 %; 国内商业化生产的光伏电池主要以单晶硅电池和多晶硅电池为主 , 效率在 11 %～16 %。3 光伏发电并网时对电网的影响由于太阳能光伏发电系统的一些特点 ,光伏发电站接入电网时对系统电网有一定影响 。目前 ,国内的尤其是上海 、 北京 、 深圳等大城市所发展的太阳能光伏发电工程 ,大多是装机容量较小的小规模光伏发电站 ,这类小型太阳能光—231—太阳能光伏技术的新进展 上海电力 2008 年第 2 期? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net伏电站的总装机容量在系统中所占比例较小 ,在研究其并网过程中对电网的影响时 ,主要对其引起系统电压偏差 、 谐波问题 、 无功平衡等方面进行分析 。3. 1 系统电压偏差分析太阳能光伏电站的实际输出功率随光照强度的变化而变化 ,白天光照强度最强时 ,发电装置输出功率最大 ,夜晚几乎无光照以后 ,输出功率基本为零 。 因此 ,除设备故障因素以外 ,发电装置输出功率随日照 、 天气 、 季节 、 温度等自然因素而变化 ,输出功率不稳定 。计算考虑在最严重情况下 ,发电场最大输出功率时突然切机对系统接入点电压造成的影响 。根据相关规定 ,光伏系统和电网接口处的电压允许偏差应符合 GB12325 的规定 ,光伏电站接入系统时 ,应采取必要措施 ,使投切时系统电压波动满足国家有关标准 ,并以 5 %～ - 5 %进行校核 。以正在建设的崇明前卫村的 1 MW 级的太阳能光伏发电工程为例 ,该光伏电站初拟以一回10 kV 线路接入附近 35 kV 变电站 10 kV 母线 。光伏电站装机容量 1 MW , 实际输出最大交流功率约 875 kW ,光伏电站并网后 ,当输出功率突然从最大功率 875 kW 降低到零的时候 ,经计算 35kV 前卫变电站 10 kV 母线的电压偏差约为额定电压的 0. 5 % ,偏差值较小 ,是在标准允许范围以内的 。 实际运行时光照的变化一般为渐变过程 ,电压的波动应小于上述值 。3. 2 谐波问题分析太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能 ,再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率 、 同相位的正弦波电流 ,并入电网 ,在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中 ,会产生大量谐波 。参照国 家 标 准 《电 能 质 量 公 用 电 网 谐 波( GB/ T 14549293) 》 ,关于公用电网各电压等级的谐波电压限值及谐波电流允许值的规定 。 光伏电站的谐波应控制在此范围内 ,并按照接入系统的容量比例满足 GB/ T14549 的规定 ,否则应配置相应的滤波装置 ,避免对公用电网的电能质量造成污染 。根据目前并网型逆变器样本资料 ,逆变后总畸变率一般在 3 %～ 4 % ,其总畸变率本身已接近或超过相关规定限值 ,并网时与系统接入点的背景谐波叠加后 ,有可能超过其限值 。 因此 ,在光伏电站并网时需对其进行实际检测 ,并根据实际接入容量比例分摊谐波限值 。 如果经过检测无法满足国家标准的相关规定 ,需采取加装滤波装置等相应措施 。3. 3 无功平衡分析太阳能光伏电站所发电力功率因数较高 ,约在 0. 98 以上 ,基本上为纯有功输出 。根据 《上海电网若干技术原则的规定》 ,为满足无功补偿按分层分区和就地平衡的原则 ,太阳能光伏电站应配置适当的无功补偿装置 ,以满足电网对无功的要求 ,提高电压质量 ,降低线损 。例如 :在崇明前卫村的 1 MW 级的太阳能光伏发电 工 程 接 入 系 统 设 计 时 , 由 于 上 海 电 网10 kV 侧功率因数在 0. 9～ 0. 98 ,为满足无功就地平衡的原则 ,则建议光伏电站所发电力功率因数补偿后应达 0. 9 左右 ,即按装机容量的 50 %配置无功补偿装置 。3. 4 《上海电网太阳能电源并网技术原则》为保障上海电网和太阳能电源的安全运行 ,同时根据国家 、 上海市和电力行业的有关法律 、 法规 、 标准和规程 ,并结合上海电网实际 ,上海市电力公司制订了 《上海电网太阳能电源并网技术原则》 。 在 《原则》 中对上海地区的太阳能电源接入系统电压等级 、 电网公共连接点的电能质量控制(包括电压偏差 、 频率 、 谐波 、 三相不平衡度和功率因数等方面 ) 制订了详细的标准 ,以及太阳能电源的继电保护 、 自动化 、 通信装置等配置要求 。4 光伏发电的应用前景随着人们对环境与资源的关注 ,绿色电力的发展已得到许多国家的高度重视 。 绿色电力指的是通过太阳能 、 风能 、 生物质能 、 地热能 、 潮汐能等可再生能源生产的电力 ,这类发电过程中不产生或很少产生对环境有害的排放物 ,不需要消耗化石燃料 ,节省了有限的资源储备 ,更有利于环境保护和可持续发展 。但是 ,利用这些资源的技术需要一定的投入 ,这使得绿色电力的价格要比煤电略高。目前国内太阳能光伏发电装机投资每千瓦需要 4～ 5 万元 ,是火力发电的 10 倍 。在国际上都普遍采用政府补贴 、 强制电网公司收购高价电的形式来支持绿色电力 ,目前国内也在鼓励电力公—331—2008 年第 2 期 上海电力 太阳能光伏技术的新进展? 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net司向用户提供经过认证的绿色电力产品 。 根据中国消费者协会所做的全国性调查显示 ,94. 2 %的居民用户愿意多花一点钱 ,购买绿色电力 。上海市正在着手制定 “ 5 万屋顶计划” ,以期在世博会期间建设 5 万个太阳能光伏发电屋顶 。根据计划 ,“ 5 万屋顶计划” 如得以实施 ,将在上海形成 16. 5 万 kW 的太阳能光伏发电装置的最终市场需求 ,销售额可达 70 亿元 ,同时带动产生200 亿元以上的相关产业产值 。虽然我国在太阳能应用和技术产品开发方面已经取得了一定成就 ,但是受经济发展和技术水平的限制 ,目前太阳能产品并没有走进千家万户 。但是在常规能源短缺已经成为制约我国经济发展瓶颈的今天 ,清洁 、 无穷的太阳能利用应有更大空间 ,太阳能光伏发电也有更大的市场潜力可挖 。5 结语小型光伏发电系统并网时对电网公共连接点的电能质量控制有一些不利影响 ,主要表现在引起系统电压偏差 、 谐波问题 、 无功平衡等方面 。 为保障地区电网和太阳能电源的安全运行 ,电网公共连接点的电能质量控制应满足国家 、 地区和电力行业的相关法律 、 法规 、 标准和规程 。 目前光伏发电工程在上海还处于示范项目阶段 ,对于光伏发电场并网后对电网的影响分析还需要在工程实施后进行跟踪考察 ,总结完善 。收稿日期 :2008 205208作者简介 :桑 妲 (19822) ,女 ,上海人 ,本科 ,助理工程师 ,从事系统规划工作 。(责任编辑 :杜建军 )风光互补发电系统的应用展望贺 炜(上海风光能源科技有限公司 ,上海 201311 )摘 要 :由于风能 、 太阳能资源的局限性 ,需要能满足大部分地区使用的风光互补发电系统 ,以确保最大限度地使用可再生清洁能源 。 文章从技术 、 经济以及环境的角度分析论证适合大规模发展的风力发电系统 、 太阳能光伏发电及其风光互补发电系统的应用前景 。关键词 :风能 ;太阳能 ;风力发电机 ;太阳能电池组件 ;风光互补发电系统中图分类号 : TM614 文献标识码 :B1 新能源发展概况环境污染 、 化石燃料枯竭已严重影响到人类的生存 ,改变能源的消费结构 ,在能源供应方面走可持续发展的道路 ,已成为人们的共识 。全世界都把目光投向了可再生能源 ,加快开发利用可再生能源 ,是优化能源结构和保障能源安全的现实要求 ,也是保护环境 ,特别是保护大气环境的迫切需要 。 随着社会的发展以及环境和形势的逼迫 ,可再生能源必将成为未来的主要能源 ,人类能源结构的变革 ,如图 1 所示 。采用太阳能光伏发电和风力发电是利用可再生清洁能源的重点 ,而且已成为最具商业化发展前景的成熟技术和新兴产业 ,必将成为未来世界最重要的替代能源 。图 1 人类能源结构的变革风能是一种最具活力的清洁能源 ,如果风能的 1 %被利用 ,则可以减少世界 3 %的能源消耗 ,风能用于发电 ,可以产生世界总电量的 8 %～9 %。 中国拥有丰富的风能资源 ,储量约为 32 亿—431—太阳能光伏技术的新进展 上海电力 2008 年第 2 期