安徽蚌埠电网分布式光伏消纳能力评估

国网蚌埠供电公司 吴 斌 李 奇 杨晓艳 任卫明

安徽蚌埠电网分布式光伏消纳能力评估

国网蚌埠供电公司 吴 斌 李 奇 杨晓艳 任卫明

1 引言

随着国家大力扶持新能源行业，相关政策纷纷落地，蚌埠地区新能源产业也有了大幅的增加，其装机容量以及比例与之前相比均大幅增加，数据显示，到2016年为止，供电区使用的新能源类型主要为风电、光伏以及生物质，其容量分别为，风电99MW，光伏26.457MW，生物质54MW；同时还有大量已批复新建，包括风电接入容量48MW，生物质及垃圾焚烧发电装机121.5MW；而光伏更是高达324MW。

在国家“十三五”期间，由于政策上的大力扶持，蚌埠供电区新能源接入规模实现了大幅增长，同时还进行了一次电网建设改造，而这些都会对蚌埠电网后续的管理以及改造维护等造成复杂的影响。因此为了调查蚌埠地区光伏发电接入量的大幅增加会对当地电网造成何种影响（主要为电压、潮流等），同时也是为了能够使新能源布局更为科学，使新能源建设能够与电网升级同步开展，全面协调源—网—荷的发展，保障新能源消纳安全，以及电网电压安全。因此，结合以上情况，本文对蚌埠供电区光伏接入消纳能力及电网电压进行调查研究。

2 实证研究

通过对有关材料进行调查分析，我们发现，新能源的消纳能力以及配电网的电压水平主要受以下因素影响，分别是系统调峰能力、电网输电能力、新能源并网技术以及调度运行水平等影响，在这之中最主要的影响因素是系统调峰能力和新能源并网技术。因此本文在考虑了以往的光伏接入方案之后，结合了光伏能源密集发展区域的相关电网发展经验，通过基于PSD-BPA（电力系统分析软件）数据建模后的VSAT（电压安全评估）仿真，基于P－V分析，V－Q分析，模式分析，连续潮流 ，灵敏度分析的电压稳定分析方法，分层分区确定区域电网在接入规模、负荷水平、网架结构及电源调峰能力等综合因素动态影响下的新能源消纳水平和电压安全策略。

2.1 光伏资源概况

在地理位置方面，蚌埠市处于安徽省淮北平原以及江淮丘陵的交界处，处于淮河中游位置，并且其地形主要是由平原构成，地势方面呈现出东南低，西北高的特点。同时由于其位于北亚热带湿润季风气候区与南温带半湿润季风气候区的过渡带，因此其具有季风显著，四季分明，的特点，其全年气候较为温和，降雨量适中，并且拥有充足的日照，年日照时数平均2157.5小时，平均气温15.1°C，平均年降水量905.4毫米，平均无霜期217天。

蚌埠地区是全国太阳能资源三类地区，其具有十分丰富的太阳能，并且直接辐射量占到了总辐射量相当大的比重。太阳总辐射值的变化规律与天文辐射变化基本一致，年际变化较小，因此其具有非常不错的光能资源利用条件。当地的地理条件十分适于开发太阳能光伏发电项目。而截至到2016年8月，蚌埠供电区已接入光伏装机26.457MW；光伏接入报装和批复达324MW。具体进度如下表所示：

表1 蚌埠光伏项目进度统计汇总 单位：MW

从地理分布上进行分析，我们发现蚌埠计划新增光伏发电项目主要集中于凤阳、固镇两个地区，其他位置除了五河有少量分布以外，并没有新增光伏接入计划。

2.2 固镇县地理位置及人文环境

固镇县（见图1）是安徽省蚌埠市下辖县，其地理位置位于安徽省东北部，淮河中游北岸，固镇县的政府所在地在城关城，所规划面积为38.5平方公里，而整个固镇县的面积为为1363平方公里。

固镇县的经济发展十分不错，其是安徽省十分重要的粮油以及畜牧类生产基地，同时安徽省对于其经济发展也给予了非常大的政策关注，其共拥有三个省级工业园区，这三个园区分别是固镇经济开发区、蚌埠铜陵现代产业园和全民创业园。因此固镇县对于能源的需求也十分大。

同时固镇县的历史底蕴也十分深厚，其早在秦国时期就已经开始建城，当时隶属于泗水郡 ，之后随着朝代的更替而不断发展。同时固镇县更是历史上十分有名的“垓下之战”的发生地，垓下城址也被评为“淮河流域第一城”。

2.3 测量方式

依托已完成的区域电网规划、区域中长期负荷预测、分布式光伏装机规划，作为课题研究的边界条件，仿真工具采用BPA+DSA Tools中的电压安全分析模块（VSAT）。本次仿真的基本原理是：研究选定区域内光伏电源的发电特性，建立分布式电源模型和区域电网模型，通过建立仿真场景从现状光伏出力开始，基于灵敏度分析法，考察分布式电源接入容量增加时指标的变化，选取一定容量值为步长，逐步增加光伏接入容量直到存在指标出现越限时为止，监控接入点的母线电压，每迭代一次计算一遍潮流，当监控点电压达到电压越线标准或电压崩溃点时，给出光伏接纳的最大水平。

综合衡量各类运行状态下基于电压安全约束的消纳能力，按上述仿真体系划分，以各片区集群凤阳县电网和固镇县电网、全区电网三个层级为研究对象，虚拟光伏及分布情况不变，建模分析以下状态：

仿真模式：现状电网，光伏电站按规程接入运行，系统自动投切无功模式；

另一套数据来源于中国海关总署颁发的2008年至2015年企业进出口资料，当中包含了进出口贸易基本状况、进出口贸易模式和企业的基本信息。

2．3．1 仿真模式：现状电网消纳仿真结果

基于现状电网，光伏电站按规程接入运行（投入SVG），系统自动投切无功模式；由VSAT按步长增加光伏出力，安全电压标准选择1.07-0.97，各节点由VSAT自动投切参与无功平衡。

1）基于电压安全约束，凤阳县现状电网最大消纳极限为417MW，电压监测点为220kV官塘站母线，若系统节点无功配置限制为15MVAR(低于10%)，则最大消纳极限降至399MW；计入已规划接入光伏260MW后，依托现状电网，凤阳县电网仍可承载约157MW光伏接入；

结合县级电网分集群可知，计划外光伏接入，最优分布区域为220kV凤阳站及下级系统（371MW），其次为官塘站片区（197MW）；洪武站片区可消纳能力约为107MW。需要注意的是，对站区集群仿真结论与县域电网仿真结论不存在加和关系。站区集群仿真中，对站区外系统设定为基态运行，属于人为强制干预后的结果，设定站区集群外光伏出力不变（恒定），针对集群内光伏出力步长增长模式下的小集群分析，规划中宜按各集群比例及全县电网总量消纳能力规划计划外光伏接入布局。

2）基于电压安全约束，固镇县现状电网最大消纳极限为372MW，电压监测点为220kV蒋南站母线。计入意向接入的44MW，依托现状网架，仍可承载约328MW光伏建设接入。

2.4 小结

1）凤阳县现状电网最大消纳极限为417MW，计入已规划接入光伏260MW后，依托现状电网，凤阳县电网仍可承载约157MW光伏接入；基于区域规划220kV结构无变化，凤阳县规划电网最大消纳极限为441MW。

2）固镇县现状电网最大消纳极限为372MW，依托现状网架，仍可承载约328MW光伏建设接入。随着梨花站投运以及与淝河500kV之间联系加强，固镇县规划电网最大消纳极限为642MW；

3 结论

3.1 无功优化总结

1）在小负荷方式情况下，固镇县电网梨花至淝河、蒋南至淝河通道均转为光伏出力上送通道；有功、无功方向一致，电网不存在无功缺口；

2）在小负荷方式情况下，对应消纳极限水平，凤阳县电网中凤阳至禹会转为光伏出力上送通道；有功、无功方向相反，凤阳电网仍存在无功缺口；

3）结合极限消纳水平下传统电厂出力看，龙子湖电厂仍要承担区域负荷总量约15%的平衡任务，同时要对凤阳区域提供无功补给，因此随着光伏接入增加，因尽可能在凤阳电网各站点增加无功补偿容量，以增加电网电压安全性。

4）从V-Q曲线模拟来看，随着负荷增加，应对各集群无功进行提升改造，以大负荷方式下可投无功能够对应电压安全上限。

3.2 工作建议

1）建议结合集群消纳分析，在之后进行接入方案研究时，对凤阳县新增光伏优先接入凤阳站下级系统，之后才是官塘站；固镇区域优先考虑计入新建梨花站下级（孟嘉、楼东下级），要注意避免多个光伏集中，以免造成蒋南站35kV侧电压过高，形成安全隐患。

2）同时建议在后续系统进行规划改造时，要结合相关分析工作，适当提升官塘站、洪武站片区无功补偿配置容量，同时要配合蒋南站二期，新增小分组无功补偿，平滑PV曲线。各110kV节点按照附表4.2建议结合技改综合核定实施，其中市区部分应注意电缆充电功率与无功配置协调问题。

3）本文对于区域的消纳能力得出一个宏观指标值，在每一个光伏电源接入系统时，还应根据负荷预测及电源规划，进行电力平衡分析，除考虑地区总消纳容量，还应综合考虑地区已并网、在建的电源项目，具体分析变电站的间隔资源、主变容量、输电线路的输送限额等因素，遵守自下而上、分层分区的原则，逐站、逐变、逐线来计算电网可消纳容量。

4）结合本文的研究成果，在进行新能源规划时，要遵守科学发展，统筹协调的原则，想办法提高新能源发电规划与电网规划的协调性，特别是如果要进行大容量的新能源发电规划，那么更应全面考虑系统电源结构、制定相应的配套调峰调频电源规划，提高系统调节能力，同时还要合理控制接入规模，对新能源的并网进行规范管理。

吴斌（1970—），男，大学本科，毕业于福州大学电力系统及其自动化，高级工程师，国网蚌埠供电公司书记。

李奇（1987—），男，硕士，毕业于长沙理工大学电力系统及其自动化，工程师，现供职于国网蚌埠供电公司。

杨晓艳（1969—），女，大学本科，毕业于北京航空航天大学电气工程及其自动化，工程师，现供职于国网蚌埠供电公司。

任卫明（1977—），男，大学本科，毕业于上海电力学院电气工程及其自动化，工程师，现供职于国网蚌埠供电公司。