提升电网新能源消纳能力的方法研究

孙仪 麦立 贾伟 田跃军 王波 吕学增

摘 要：进入春季以来，居民取暖负荷迅速下降，光伏和风电出力逐日增大，消纳矛盾逐渐凸显。文章通过对各发电电源的调节能力进行比较，研究了制约新能源消纳的因素，对新能源可消纳的容量进行分析，提出了针对我省电网提升新能源消纳能力的方法。

关键词：新能源发电；消纳能力；方法

中图分类号：TM715 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）26-0120-02

Abstract： Since the beginning of spring， the heating load of residents has dropped rapidly， the output of photovoltaic and wind power has increased day by day， and the contradiction of absorption has become more and more obvious. By comparing the regulating capacity of various power sources， this paper studies the factors restricting the new energy consumption， analyzes the absorptive capacity of the new energy， and puts forward the methods to enhance the new energy absorption capacity for the power grid of our province.

Keywords： new energy power generation； absorptive capacity； method

1 概述

近几年来，我省新能源装机发展迅速。截止2018年3月底，全省新能源总装机1097万千瓦，其中风电装机229万千瓦，光伏装机868万千瓦，同比增长87%。风电和光伏发电并网容量已占全省总装机的23%，超过水电成为全省第二大电源。

特别是进入春季以后，随着天气晴好，居民取暖用电负荷迅速下降，但新能源发电出力却逐日增大。4月7日及8日全省新能源发电出力分别达到554万千瓦及586万千瓦，连续两天创历史新高。新能源发电出力占用电负荷比例最大达到34%，全省调峰压力大大增加，火电机组启用深度调峰，单机最大调峰深度达到40%。受光伏发电影响，部分线路潮流和主变上送潮流也接近满载。

2 新能源消纳的现状

2.1 制约新能源消纳的因素

光伏發展初期，制约消纳的因素主要是县（区）级电网的负荷水平以及电网就地和外送消纳能力。全省光伏装机比例达到一定规模后，制约消纳的主要因素为春秋季全省用电负荷水平、负荷特性和省网电源机组的调峰容量。

结合全省负荷与光伏出力特性及发展形势，综合考虑省内电源现状、调峰能力及区外协议分电情况，以春、夏、秋、冬四季最大负荷日为典型日，将平衡时段负荷扣减其他各类电源最小出力后的部分，即为全省对光伏的接纳能力。

2.2 各发电电源的调节能力比较

安徽省发电电源主要以火电、水电为主的传统能源和风电、光伏等新型能源组成。风电、光伏的发电完全看当时的天气情况，出力变化极大。夜间光伏出力为零，发电出力不能调节，因此跟踪用电负荷变化、维持发供电实时平衡主要靠电网调度不断调整火电机组出力来实现。

火电机组启停一次成本非常高，30万千瓦的机组一次起停成本约30万元，60万千瓦机组约40万元，100万千瓦机组约50万元。而且启停时间长，从点火到并网发电一般需要8小时以上，从并网发电到带到额定功率还需三四个小时，因此无法随时安排启停。为满足晚高峰用电负荷需要此时光伏发电出力基本为零，全网必须安排足够容量的火电机组开机作为出力调整电源，腰负荷和低谷负荷低出力运行，晚高峰时带满出力运行。火电机组的出力调整范围受锅炉煤炭燃烧特性限制，出力过低会造成燃烧不稳定，锅炉容易熄火。存在一定的范围，通常最低技术出力为机组额定容量的50%，即使经过深度调峰改造后，调峰范围仍然是有限的，一般可以达到机组额定容量的40%，在实际运行中，省内只有部分性能较好的大机组才能达到。同时，火电机组长时间的低出力运行，也带来煤耗高和脱硝装置无法正常投入等问题。

3 新能源可消纳容量分析

3.1 日负荷特性

我省最大负荷出现在夏季（7月份），最小负荷出现在春季（4月），春季负荷一般为夏季负荷的56%左右。根据安徽省典型日负荷曲线，春、秋、冬三季午峰一般出现在中午11点左右，11-13点之间负荷持下降态势，并于12-13点之间达到中午负荷的最低值；夏季由于天气炎热，居民空调负荷增长迅速，午峰一般出现在13点，且13-15点负荷下降趋势不明显。

3.2 光伏出力特性

以某光伏电站（装机为10万千伏安）为例，对光伏发电的出力特性进行分析，通过对历史数据的统计分析可知，光伏发电在春秋季出力最大，最大出力率约为85%左右，大发时段出现在白天11点-13点，此时午峰刚过，负荷处于低谷，系统面临的调峰压力最大。

3.3 电力系统旋转备用

由于风电和光伏发电的非线性特性，随着天气变化，新能源发电出力经常会出现突变。因此，为了保证电力系统的频率稳定，防止新能源出力突变造成系统崩溃，预留充足的旋转备用就成了一种必须条件。

4 某地区电网提升电网大规模新电源消纳能力分析

4.1 地区电网运行概况

截止2018年4月，该地区电网全社会用电量125.06亿千瓦时，用电总量位居全省第5位，同比增长8.81%，增速位于全省第4位，占全省总用电量的比重6.51%。2017年，该电网统调最大负荷303.7万千瓦，同比增长21.5%，位于全省第2位；最大日用电量6040万千瓦时，同比增长18.2%。

预计2018年、2019年、2020年全社会用电量分别达137.7亿千瓦时、151.5亿千瓦时、169.8亿千瓦时，最大负荷分别达350万千瓦、400万千瓦、450万千瓦，最大日用电量分别达7000万千瓦时、8050万千瓦时、9300万千瓦时。

截止2017年底，该地区电网共拥有500千伏变电站2座（总容量300万千伏安）；有220千伏变电站15座（总容量498万千伏安），输电线路973.65公里；110千伏变电站41座（总容量389.15万千伏安），输电线路1489.95公里；35千伏变电站128座，公用箱变及配变25824台，配电线路17891.97公里。2017年地区电网220千伏和110千伏容载比分别为1.38和2.05。全市户均容量2.40千伏安/户，市区户均容量3.70千伏安/户，县域户均容量2.25千伏安/户。

该地区有新能源电站155座，总容量96.963万千瓦，其中光伏电站147座，容量82.863万千瓦；生物质电厂4座，容量9.3万千瓦；垃圾电厂4座，容量4.8万千瓦。

4.2 地区电网供电能力问题及对策

2017年夏高峰时段，在火电机组已经全开满发的情况下，颍州双主变潮流最大已达104万千瓦（稳定限额为105万千瓦），沙河双主变潮流最大已达103万千瓦（稳定限额为100万千瓦）。考虑伯阳升压工程于2018年迎峰度夏前投产的基础上，地区电网供电能力略有增长，预计可比当前网架提升10万千瓦左右，达到310万千瓦，仍不能满足2018年夏高峰350万千瓦的预计负荷。2018年，颍州双变潮流达111万千瓦（限额105万），沙河双变潮流达113万千瓦（限额100万），220千伏张薛2746线路潮流达24.2万千瓦（限额

23万），均已过载。

2018年地区电网检修方式下有发生四级电网事件的可能。220千伏徐寨变单电源或单主变运行时，若运行的电源发生故障，光武变将自投至东庄变带，西园变及徐寨变35千伏母线失电，田营变通过胡界738线同时自投至其它变电站，在负荷较大时胡界738线路（线径LGJ-240）可能因潮流过载而跳闸，田营变也将全停，导致县域电网减供负荷可能超过40%，将构成四级电网事件。

对策：（1）在徐寨变单电源或单主变运行时，方式安排应考虑县域电网发生减供负荷40%以上的可能性，提前将田营变负荷通过太徐746线倒至其它变电站，避免发生四级电网事件。（2）加快220千伏陶庙变进度，确保2018年迎峰度冬前投运，届时地区电网发生四级电网事件的风险将彻底消除，且能有效减轻县域供电压力。

4.3 地区电网新能源消纳问题及对策

由于风力发电的随机性、不稳定性，造成接入变电站母线电压波动幅度大。需要加强风电场侧无功电压管理，优化风电场侧AVC系统动作策略，尽量减小因发电出力变化引起的电压波动。

综合考虑皖北电网新能源装机、负荷水平和总体外送能力，该地区电网接纳能力约为1000MW。地区目前已投运和在建光伏装机规模约1100MW，在区域周边火电机组52%调峰深度下，存在弃光风险；2020年前该地区若有其它新增电源，在春秋季光伏大发情况下也将面临弃电风险。对策：应依据下阶段地区负荷和电源发展情况，滚动校核地区电网接纳能力。建议地方政府和企业结合后期电网规划建设情况，合理安排规划光伏开发规模和建设时序。

每年春秋季节的当天中午11：00～14：00时间段出力最大，因此光伏电站满出力时地区电网上送水平最高，这个时候地区电网的接纳水平最为饱和，局部电网消纳能力不足。如县域大型商业光伏接入规模较大，已超县域电网最大负荷，导致光伏出力无法就地消纳。对策：皖北局部片区火电装机较多，新能源扎堆较为严重，造成局部电力送出困难，应适时开展相关地区的专题研究，统筹考虑地区的源网规划。为解决该地区光伏消纳问题光伏电站出力不稳定，波动性较大，谐波电流问题也将更加突出。对策：电能质量问题需要加大关注，考虑地面集中光伏电站、村级光伏、屋顶光伏接入对地区电网各级电网电能质量的影响。光伏电站中均需安装电能质量检测装置，定期检查数据，若发现电能质量超标，则需安装电能质量治理装置。

随着地区电源装机逐渐增大，地區电网的电压水平势必被抬高。对策：需要对现有无功补偿设备能否满足要求、如何控制电压水平等问题需要进行研究。配足电网无功补偿设备，制订地区电网对小电厂的AVC控制策略，合理调整无功平衡及电压合格。

5 结束语

新能源发电可以减少排放、改善现有的环境，但是当各种分布式电源接入电网的装机容量不断增大，对电网的影响也不断增大。如何对现有的电网调控管理模式做出相应的调整以保证电网的安全稳定运行，将成为电网调控工作研究的一个新的课题。本文阐述了新电源的特点以及对电网造成的影响，可以对电网调控运行工作提供一定的参考。

参考文献：

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