國網(wǎng)蚌埠供電公司 吳 斌 李 奇 楊曉艷 任衛(wèi)明

安徽蚌埠電網(wǎng)分布式光伏消納能力評(píng)估

國網(wǎng)蚌埠供電公司 吳 斌 李 奇 楊曉艷 任衛(wèi)明

1 引言

隨著國家大力扶持新能源行業(yè)，相關(guān)政策紛紛落地，蚌埠地區(qū)新能源產(chǎn)業(yè)也有了大幅的增加，其裝機(jī)容量以及比例與之前相比均大幅增加，數(shù)據(jù)顯示，到2016年為止，供電區(qū)使用的新能源類型主要為風(fēng)電、光伏以及生物質(zhì)，其容量分別為，風(fēng)電99MW，光伏26.457MW，生物質(zhì)54MW；同時(shí)還有大量已批復(fù)新建，包括風(fēng)電接入容量48MW，生物質(zhì)及垃圾焚燒發(fā)電裝機(jī)121.5MW；而光伏更是高達(dá)324MW。

在國家“十三五”期間，由于政策上的大力扶持，蚌埠供電區(qū)新能源接入規(guī)模實(shí)現(xiàn)了大幅增長，同時(shí)還進(jìn)行了一次電網(wǎng)建設(shè)改造，而這些都會(huì)對(duì)蚌埠電網(wǎng)后續(xù)的管理以及改造維護(hù)等造成復(fù)雜的影響。因此為了調(diào)查蚌埠地區(qū)光伏發(fā)電接入量的大幅增加會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)造成何種影響（主要為電壓、潮流等），同時(shí)也是為了能夠使新能源布局更為科學(xué)，使新能源建設(shè)能夠與電網(wǎng)升級(jí)同步開展，全面協(xié)調(diào)源—網(wǎng)—荷的發(fā)展，保障新能源消納安全，以及電網(wǎng)電壓安全。因此，結(jié)合以上情況，本文對(duì)蚌埠供電區(qū)光伏接入消納能力及電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)查研究。

2 實(shí)證研究

通過對(duì)有關(guān)材料進(jìn)行調(diào)查分析，我們發(fā)現(xiàn)，新能源的消納能力以及配電網(wǎng)的電壓水平主要受以下因素影響，分別是系統(tǒng)調(diào)峰能力、電網(wǎng)輸電能力、新能源并網(wǎng)技術(shù)以及調(diào)度運(yùn)行水平等影響，在這之中最主要的影響因素是系統(tǒng)調(diào)峰能力和新能源并網(wǎng)技術(shù)。因此本文在考慮了以往的光伏接入方案之后，結(jié)合了光伏能源密集發(fā)展區(qū)域的相關(guān)電網(wǎng)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，通過基于PSD-BPA（電力系統(tǒng)分析軟件）數(shù)據(jù)建模后的VSAT（電壓安全評(píng)估）仿真，基于P－V分析，V－Q分析，模式分析，連續(xù)潮流 ，靈敏度分析的電壓穩(wěn)定分析方法，分層分區(qū)確定區(qū)域電網(wǎng)在接入規(guī)模、負(fù)荷水平、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及電源調(diào)峰能力等綜合因素動(dòng)態(tài)影響下的新能源消納水平和電壓安全策略。

2.1 光伏資源概況

在地理位置方面，蚌埠市處于安徽省淮北平原以及江淮丘陵的交界處，處于淮河中游位置，并且其地形主要是由平原構(gòu)成，地勢方面呈現(xiàn)出東南低，西北高的特點(diǎn)。同時(shí)由于其位于北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)與南溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)的過渡帶，因此其具有季風(fēng)顯著，四季分明，的特點(diǎn)，其全年氣候較為溫和，降雨量適中，并且擁有充足的日照，年日照時(shí)數(shù)平均2157.5小時(shí)，平均氣溫15.1°C，平均年降水量905.4毫米，平均無霜期217天。

蚌埠地區(qū)是全國太陽能資源三類地區(qū)，其具有十分豐富的太陽能，并且直接輻射量占到了總輻射量相當(dāng)大的比重。太陽總輻射值的變化規(guī)律與天文輻射變化基本一致，年際變化較小，因此其具有非常不錯(cuò)的光能資源利用條件。當(dāng)?shù)氐牡乩項(xiàng)l件十分適于開發(fā)太陽能光伏發(fā)電項(xiàng)目。而截至到2016年8月，蚌埠供電區(qū)已接入光伏裝機(jī)26.457MW；光伏接入報(bào)裝和批復(fù)達(dá)324MW。具體進(jìn)度如下表所示：

表1 蚌埠光伏項(xiàng)目進(jìn)度統(tǒng)計(jì)匯總 單位：MW

從地理分布上進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)蚌埠計(jì)劃新增光伏發(fā)電項(xiàng)目主要集中于鳳陽、固鎮(zhèn)兩個(gè)地區(qū)，其他位置除了五河有少量分布以外，并沒有新增光伏接入計(jì)劃。

2.2 固鎮(zhèn)縣地理位置及人文環(huán)境

固鎮(zhèn)縣（見圖1）是安徽省蚌埠市下轄縣，其地理位置位于安徽省東北部，淮河中游北岸，固鎮(zhèn)縣的政府所在地在城關(guān)城，所規(guī)劃面積為38.5平方公里，而整個(gè)固鎮(zhèn)縣的面積為為1363平方公里。

固鎮(zhèn)縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分不錯(cuò)，其是安徽省十分重要的糧油以及畜牧類生產(chǎn)基地，同時(shí)安徽省對(duì)于其經(jīng)濟(jì)發(fā)展也給予了非常大的政策關(guān)注，其共擁有三個(gè)省級(jí)工業(yè)園區(qū)，這三個(gè)園區(qū)分別是固鎮(zhèn)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、蚌埠銅陵現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)園和全民創(chuàng)業(yè)園。因此固鎮(zhèn)縣對(duì)于能源的需求也十分大。

同時(shí)固鎮(zhèn)縣的歷史底蘊(yùn)也十分深厚，其早在秦國時(shí)期就已經(jīng)開始建城，當(dāng)時(shí)隸屬于泗水郡 ，之后隨著朝代的更替而不斷發(fā)展。同時(shí)固鎮(zhèn)縣更是歷史上十分有名的“垓下之戰(zhàn)”的發(fā)生地，垓下城址也被評(píng)為“淮河流域第一城”。

2.3 測量方式

依托已完成的區(qū)域電網(wǎng)規(guī)劃、區(qū)域中長期負(fù)荷預(yù)測、分布式光伏裝機(jī)規(guī)劃，作為課題研究的邊界條件，仿真工具采用BPA+DSA Tools中的電壓安全分析模塊（VSAT）。本次仿真的基本原理是：研究選定區(qū)域內(nèi)光伏電源的發(fā)電特性，建立分布式電源模型和區(qū)域電網(wǎng)模型，通過建立仿真場景從現(xiàn)狀光伏出力開始，基于靈敏度分析法，考察分布式電源接入容量增加時(shí)指標(biāo)的變化，選取一定容量值為步長，逐步增加光伏接入容量直到存在指標(biāo)出現(xiàn)越限時(shí)為止，監(jiān)控接入點(diǎn)的母線電壓，每迭代一次計(jì)算一遍潮流，當(dāng)監(jiān)控點(diǎn)電壓達(dá)到電壓越線標(biāo)準(zhǔn)或電壓崩潰點(diǎn)時(shí)，給出光伏接納的最大水平。

綜合衡量各類運(yùn)行狀態(tài)下基于電壓安全約束的消納能力，按上述仿真體系劃分，以各片區(qū)集群鳳陽縣電網(wǎng)和固鎮(zhèn)縣電網(wǎng)、全區(qū)電網(wǎng)三個(gè)層級(jí)為研究對(duì)象，虛擬光伏及分布情況不變，建模分析以下狀態(tài)：

仿真模式：現(xiàn)狀電網(wǎng)，光伏電站按規(guī)程接入運(yùn)行，系統(tǒng)自動(dòng)投切無功模式；

另一套數(shù)據(jù)來源于中國海關(guān)總署頒發(fā)的2008年至2015年企業(yè)進(jìn)出口資料，當(dāng)中包含了進(jìn)出口貿(mào)易基本狀況、進(jìn)出口貿(mào)易模式和企業(yè)的基本信息。

2．3．1 仿真模式：現(xiàn)狀電網(wǎng)消納仿真結(jié)果

基于現(xiàn)狀電網(wǎng)，光伏電站按規(guī)程接入運(yùn)行（投入SVG），系統(tǒng)自動(dòng)投切無功模式；由VSAT按步長增加光伏出力，安全電壓標(biāo)準(zhǔn)選擇1.07-0.97，各節(jié)點(diǎn)由VSAT自動(dòng)投切參與無功平衡。

1）基于電壓安全約束，鳳陽縣現(xiàn)狀電網(wǎng)最大消納極限為417MW，電壓監(jiān)測點(diǎn)為220kV官塘站母線，若系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)無功配置限制為15MVAR(低于10%)，則最大消納極限降至399MW；計(jì)入已規(guī)劃接入光伏260MW后，依托現(xiàn)狀電網(wǎng)，鳳陽縣電網(wǎng)仍可承載約157MW光伏接入；

結(jié)合縣級(jí)電網(wǎng)分集群可知，計(jì)劃外光伏接入，最優(yōu)分布區(qū)域?yàn)?20kV鳳陽站及下級(jí)系統(tǒng)（371MW），其次為官塘站片區(qū)（197MW）；洪武站片區(qū)可消納能力約為107MW。需要注意的是，對(duì)站區(qū)集群仿真結(jié)論與縣域電網(wǎng)仿真結(jié)論不存在加和關(guān)系。站區(qū)集群仿真中，對(duì)站區(qū)外系統(tǒng)設(shè)定為基態(tài)運(yùn)行，屬于人為強(qiáng)制干預(yù)后的結(jié)果，設(shè)定站區(qū)集群外光伏出力不變（恒定），針對(duì)集群內(nèi)光伏出力步長增長模式下的小集群分析，規(guī)劃中宜按各集群比例及全縣電網(wǎng)總量消納能力規(guī)劃計(jì)劃外光伏接入布局。

2）基于電壓安全約束，固鎮(zhèn)縣現(xiàn)狀電網(wǎng)最大消納極限為372MW，電壓監(jiān)測點(diǎn)為220kV蔣南站母線。計(jì)入意向接入的44MW，依托現(xiàn)狀網(wǎng)架，仍可承載約328MW光伏建設(shè)接入。

2.4 小結(jié)

1）鳳陽縣現(xiàn)狀電網(wǎng)最大消納極限為417MW，計(jì)入已規(guī)劃接入光伏260MW后，依托現(xiàn)狀電網(wǎng)，鳳陽縣電網(wǎng)仍可承載約157MW光伏接入；基于區(qū)域規(guī)劃220kV結(jié)構(gòu)無變化，鳳陽縣規(guī)劃電網(wǎng)最大消納極限為441MW。

2）固鎮(zhèn)縣現(xiàn)狀電網(wǎng)最大消納極限為372MW，依托現(xiàn)狀網(wǎng)架，仍可承載約328MW光伏建設(shè)接入。隨著梨花站投運(yùn)以及與淝河500kV之間聯(lián)系加強(qiáng)，固鎮(zhèn)縣規(guī)劃電網(wǎng)最大消納極限為642MW；

3 結(jié)論

3.1 無功優(yōu)化總結(jié)

1）在小負(fù)荷方式情況下，固鎮(zhèn)縣電網(wǎng)梨花至淝河、蔣南至淝河通道均轉(zhuǎn)為光伏出力上送通道；有功、無功方向一致，電網(wǎng)不存在無功缺口；

2）在小負(fù)荷方式情況下，對(duì)應(yīng)消納極限水平，鳳陽縣電網(wǎng)中鳳陽至禹會(huì)轉(zhuǎn)為光伏出力上送通道；有功、無功方向相反，鳳陽電網(wǎng)仍存在無功缺口；

3）結(jié)合極限消納水平下傳統(tǒng)電廠出力看，龍子湖電廠仍要承擔(dān)區(qū)域負(fù)荷總量約15%的平衡任務(wù)，同時(shí)要對(duì)鳳陽區(qū)域提供無功補(bǔ)給，因此隨著光伏接入增加，因盡可能在鳳陽電網(wǎng)各站點(diǎn)增加無功補(bǔ)償容量，以增加電網(wǎng)電壓安全性。

4）從V-Q曲線模擬來看，隨著負(fù)荷增加，應(yīng)對(duì)各集群無功進(jìn)行提升改造，以大負(fù)荷方式下可投無功能夠?qū)?yīng)電壓安全上限。

3.2 工作建議

1）建議結(jié)合集群消納分析，在之后進(jìn)行接入方案研究時(shí)，對(duì)鳳陽縣新增光伏優(yōu)先接入鳳陽站下級(jí)系統(tǒng)，之后才是官塘站；固鎮(zhèn)區(qū)域優(yōu)先考慮計(jì)入新建梨花站下級(jí)（孟嘉、樓東下級(jí)），要注意避免多個(gè)光伏集中，以免造成蔣南站35kV側(cè)電壓過高，形成安全隱患。

2）同時(shí)建議在后續(xù)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃改造時(shí)，要結(jié)合相關(guān)分析工作，適當(dāng)提升官塘站、洪武站片區(qū)無功補(bǔ)償配置容量，同時(shí)要配合蔣南站二期，新增小分組無功補(bǔ)償，平滑PV曲線。各110kV節(jié)點(diǎn)按照附表4.2建議結(jié)合技改綜合核定實(shí)施，其中市區(qū)部分應(yīng)注意電纜充電功率與無功配置協(xié)調(diào)問題。

3）本文對(duì)于區(qū)域的消納能力得出一個(gè)宏觀指標(biāo)值，在每一個(gè)光伏電源接入系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)負(fù)荷預(yù)測及電源規(guī)劃，進(jìn)行電力平衡分析，除考慮地區(qū)總消納容量，還應(yīng)綜合考慮地區(qū)已并網(wǎng)、在建的電源項(xiàng)目，具體分析變電站的間隔資源、主變?nèi)萘?、輸電線路的輸送限額等因素，遵守自下而上、分層分區(qū)的原則，逐站、逐變、逐線來計(jì)算電網(wǎng)可消納容量。

4）結(jié)合本文的研究成果，在進(jìn)行新能源規(guī)劃時(shí)，要遵守科學(xué)發(fā)展，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的原則，想辦法提高新能源發(fā)電規(guī)劃與電網(wǎng)規(guī)劃的協(xié)調(diào)性，特別是如果要進(jìn)行大容量的新能源發(fā)電規(guī)劃，那么更應(yīng)全面考慮系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)、制定相應(yīng)的配套調(diào)峰調(diào)頻電源規(guī)劃，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，同時(shí)還要合理控制接入規(guī)模，對(duì)新能源的并網(wǎng)進(jìn)行規(guī)范管理。

吳斌（1970—），男，大學(xué)本科，畢業(yè)于福州大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，高級(jí)工程師，國網(wǎng)蚌埠供電公司書記。

李奇（1987—），男，碩士，畢業(yè)于長沙理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，工程師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)蚌埠供電公司。

楊曉艷（1969—），女，大學(xué)本科，畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)電氣工程及其自動(dòng)化，工程師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)蚌埠供電公司。

任衛(wèi)明（1977—），男，大學(xué)本科，畢業(yè)于上海電力學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化，工程師，現(xiàn)供職于國網(wǎng)蚌埠供電公司。