风电光伏联合系统光伏发电规划方法王鹏

风电光伏联合系统光伏发电规划方法王鹏

王鹏

（中国葛洲坝集团电力有限责任公司湖北省宜昌市443000）

摘要：近年来，我国的新能源有了很大进展，新能源大规模集中并网是实现新能源大规模开发利用的重要途径。由于风能和太阳能等新能源具有出力不稳定、低能量密度的特点，因此在开发利用新能源时，必须考虑其整体波动性对系统的影响。由于风电与光伏在时序与空间上具有强互补性的特点，因此考虑风电和光伏捆绑集中输送。利用持续出力曲线来描述风电加入不同容量光伏时系统出力变化情况；在此基础上，提出一种风电光伏联合系统光伏发电容量规划方法，该方法考虑增加光伏后电网输电收益、弃电损失、输电建设成本等因素对联合系统输电收益的影响。算例表明该方法与单独输送风电相比，能显著提高输电工程的综合收益。

关键词：光伏电站模型；风电光伏联合系统；波动性；容量规划

引言

我国光伏产业发展进入了一个新的历史阶段。一是进入了由补充能源向主流能源转变的起步期；二是进入了由补贴推动向市场推动转变的攻坚期；三是进入了由规模化发展向创新驱动转变的转型期。对于光伏产业来说，摆脱补贴依赖实现市场化驱动是必然趋势，而实现这一转变的关键在于光伏电站能够实现平价上网。

1光伏发电系统原理

光伏组件作为光伏发电系统中光电转化主要的设备。光伏发电系统光伏电池则是通过阳光照射后转换光电的半导体P-N结器件，其是通过半导体所产生的光伏效应所制成，其能够将阳光直接转换为电能。光伏电池还可以利用光激发少数载流子通过P-N结而发电的，其在电能产生全过程中，不会发生任何的化学变化，也不会出现机械磨耗；在整个应用过程中，不会出现噪声或是不良气味，可保护环境。另外，光伏发电整个系统的主要技术就是在对电池方阵最大输出功率进行控制时，需要针对于输出电流对其进行一定控制，这其主要作用就是控制功率，在整个过程中，还需要进行合理管控，了解其干扰性，以及输出波形或是失真状态等。

2光伏发电并网大电网面临的问题

（1）雷击影响。从发电方式来说，光伏发电站是利用太阳能进行发电，装置多设置在室外，极易受到雷击威胁，尤其是雷雨天气。雷云表面负电荷，会受电缆和支架感应影响，产生高压电，使发电系统被雷击后，会产生极大破坏。光伏发电并网大电网后，光伏电站运行所产生的电力，直接供给居民及企业，当光伏电站受雷击后，给大电网造成一定影响，进而影响居民及企业用电安全。（2）运行安全性问题。从光伏发电实际来说，其为太阳能发电的一种，由于太阳能发电缺少稳定性，很容易受太阳光影响，具有较强不确定性，使得并网后，大电网运行预测难度增加，使配电网无法实现断面交换功率控制。并网后大电网中设置的电源越来越多，电源分布点逐渐增加，使电源控制及协调的难度性增加，传统电压和无功补偿方法的应用，已无法获得有效控制结果，影响大电网运行的安全性和灵活性。（3）配电系统规划问题。当光伏发电系统并网后，配电系统功能会出现一定变化，影响电能收集和运输及分配，若处理不到位，极易影响电网运行效率和质量，使电压产生波动和波污染等问题，在并网时，需开展配电系统合理规划，继续沿用传统规划思维已不再适用。

3风电-光伏基地光伏发电容量规划方法

随着光伏容量的增加，联合系统的输电量逐渐增加，同时系统的弃电量也逐步增加。不考虑光伏电站的投资成本，考虑输电量增加带来的收益以及弃电量增加所造成的损失，以输电所取得的收益来补偿弃电所造成的损失，提出一种光伏发电容量规划方法。本文以持续出力曲线来描述风电光伏联合系统的输出功率波动特性，综合考虑输电线路的输电收益、输电线路的建设成本以及由于输电阻塞造成的弃风、弃光损失等因素，提出在现有输电资源的基础上，在风电基地规划光伏电站，以输电线路的输电收益最大为优化目标：

式中：g为输电系统使用周期内的综合收益；B为系统输电收益；S为输电系统的建设成本；L为系统由于弃风、弃光带来的损失；CPV为规划的光伏电站容量。满足式（1）目标函数的CPV即是风光联合系统中所规划的光伏电站容量，此时，输电系统的综合收益最大。在输电系统的使用周期中，输电的收益为，它与输电系统输送的电量成正比，其计算公式为

式中：Kr为输电线路输送单位电量的费用，元/（kW·h）；T为输电线路的使用周期；为风电光伏联合系统每年送出的电量，其可以由风电光伏联合系统的持续出力曲线计算，其计算公式为

式中：为输电线路容量；为风光联合系统输出功率超过线路容量的时间；为联合系统总出力时间；为风光联合系统的输出功率。输电系统的投资建设成本（不考虑检修成本）的计算公式为

式中：KP和Kw分别为弃光和弃风损失的补偿单价（按光伏和风电的发电单价计算）；Gp和Gw分别是弃光和弃风电量，二者之和就是联合系统总的弃电量Glost，其计算公式为

4我国发展光伏发电相关控制措施分析

4.1制定相关计划

需要制定相关可再生资源长远发展计划以及发电资源成本造价所下降的基本路线图，从而实施可再生清洁能源电力系统配额制度，并结合现阶段绿色电力工程相关证书交易方面的体系，促使我国可再生资源的生产途径及消费标准的新制度。在相关三弃现象解决方案中明确指出，将实施可再生资源中的电力配额制度，其相关实施方式会另行公布，该工作正在努力实施和推进。

4.2加强电能以及电能质量的控制

从光伏发电系统运行实际来说，发电具有不确定性，使实际功率输出时，极易产生波动，影响用户用电。以逆变器为例，其实际应用时，极易产生谐波，使配电系统谐波持续增加。因此，必须不断提升对配电系统电能的把控力度。除此，还需做好电能质量把控，进而提升光伏发电并网运行质量。不确定性是光伏发电的主要特点，且功率输出极易产生波动，给接入电网系统中的用电用户，造成很大程度上的影响，引发电能质量问题。逆变器谐波的出现，使配电系统谐波系统运行水平不断提高。光伏发电通过单相电源并网，使配电系统受到影响，三相不平衡问题更明显。必须加大关于配电系统电能质量相关问题的研究，提升电能质量监控水平。

4.3改善调峰电源方面的管理工作，加强调峰电源工程建设

调峰能力不足，主要是由于西北省份接入矿山光电设备的时间较晚，相关工作经验累积不够，工作人员在进行电源规划时，不能严格的按照相关规范操作，在制定相应规范时，没有与当地实际情况相接恰导致最终的电源规划与实际发展不协调，所以说，我们需要不断完善和加强调峰电源系统的建设工作，推进我国煤电机组系统的灵活性，自备电厂严格规范其运行工作，提高电力工程调峰能力，从而为可再生清洁能源的消纳创造更好的空间。推进我国电力行业市场的改革，从而推动相关交易试点工作的实施，开展多省区相互交易可再生资源，并快速推动和发展我国相关市场服务建设，促进我国电力市场可再生资源的消纳及利用。

结束语

总而言之，光伏发电技术作为新型能源技术的一种，应高度重视该项新技术所面临的能源消耗问题，需要及时找出控制措施，改善现阶段光伏发电行业存在的问题。另外本文提出了风电-光伏基地光伏发电容量规划方法，在不增加额外输电投资的情况下，显著提升了输电系统的收益，同时为规划光伏发电提供了参考。

参考文献

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