分布式光伏發(fā)電論文范文
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1光伏并網(wǎng)主要形式及安裝方式
目前光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)主要有兩種形式，匯集接入和分散式接入。一般匯集接入時光伏發(fā)電規(guī)模較大，多臺光伏逆變器通過交流線路匯集于低壓母線，采用升壓變壓器升至10kV，利用專用線路接入變電站10kV母線或開閉站、環(huán)網(wǎng)柜等公共配電設(shè)施。分散式接入一般容量較小，主要接入用戶電網(wǎng)，以380V/220V并網(wǎng)，可以多個點(diǎn)接入。匯集接入和分散式接入各有特點(diǎn)，匯集接入便于管理，但是需建匯集（升壓）站，投資較大，對配電網(wǎng)電壓影響也較大，需要相應(yīng)的調(diào)度控制措施；分散式接入時無需建匯集（升壓）站，投資少，對配電網(wǎng)電壓影響較小，但是接入點(diǎn)數(shù)量多，計量分散，維護(hù)復(fù)雜，不易控制。近年來在城市地區(qū)，建筑一體化光伏（BIPV，BuildingIntegratedPV）作為光伏發(fā)電的一種新形式，得到越來越多的關(guān)注。建筑一體化光伏就是將光伏發(fā)電材料安裝在建筑結(jié)構(gòu)的外表面來提供電力。根據(jù)光伏材料與建筑組合的方式不同，可分為兩大類：一類是光伏材料與建筑結(jié)合，如嵌入式安裝的屋頂、外墻等；另一類是光伏材料與建筑集成，如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂?shù)取Ｔ谶@兩種方式中，第一大類是最常用形式，特別是與建筑屋面的結(jié)合。由于光伏材料與建筑結(jié)合不占用額外地面空間，是光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市中廣泛應(yīng)用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。光伏材料與建筑的集成是BIPV的一種高級形式，它對光伏組件的要求較高。光伏組件不僅要滿足光伏發(fā)電功能要求，同時還要兼顧建筑的基本功能要求，目前造價較高。
2光伏發(fā)電消納新指標(biāo)
光伏接入必然對配電網(wǎng)運(yùn)行、監(jiān)控帶來影響，電能質(zhì)量、可靠性等指標(biāo)也將發(fā)生變化，為了保證電網(wǎng)安全可靠，需要通過測算其滲透率合理估計配電網(wǎng)消納能力。傳統(tǒng)的滲透率是一個靜態(tài)量，指分布式發(fā)電并網(wǎng)容量與電網(wǎng)負(fù)荷的比值。分布式發(fā)電并網(wǎng)容量按照裝機(jī)容量計算，對于光伏發(fā)電即為峰值功率；電網(wǎng)負(fù)荷則按照最大負(fù)荷計算。滲透率在一定程度上反映了分布式發(fā)電與當(dāng)?shù)刎?fù)荷的數(shù)量關(guān)系，對指導(dǎo)分布式發(fā)電規(guī)劃起到了一定作用，是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的基本指標(biāo)。但是在項(xiàng)目實(shí)際運(yùn)行中，光伏等分布式發(fā)電的輸出由于受不可控自然條件（如光照、風(fēng)力）存在時變性，而負(fù)荷也隨著類型不同體現(xiàn)了一定的時變周期規(guī)律，在某些特定時段將出現(xiàn)對電網(wǎng)最為不利情況。為了在時變周期內(nèi)分析配電網(wǎng)對分布式光伏等電源的消納能力，測算線路、變壓器等設(shè)備可能承受的最大潮流。在配電網(wǎng)規(guī)劃中，一般根據(jù)負(fù)荷預(yù)測結(jié)果（規(guī)劃期最大負(fù)荷）選擇線路、變壓器等設(shè)備容量（體現(xiàn)極限傳輸功率），對于已建成多年未實(shí)施設(shè)備升級改造的區(qū)域，配電設(shè)備老舊且容量裕度有限，當(dāng)分布式電源發(fā)電功率大量盈余時將產(chǎn)生大量返送功率，此時電網(wǎng)設(shè)備可能出現(xiàn)反向倒送大量電力，甚至反向送電導(dǎo)致設(shè)備和線路過載。因此，“光伏最大盈余發(fā)用比”指標(biāo)反映了分布式光伏與當(dāng)?shù)刎?fù)荷的動態(tài)消納關(guān)系，表征了電網(wǎng)所可能承受的最為嚴(yán)苛的運(yùn)行情況，這是傳統(tǒng)的滲透率指標(biāo)所無法反映出來的，更具有實(shí)際參考價值，對配電網(wǎng)可靠性評估和建設(shè)改造指導(dǎo)意義更大。
3典型建筑區(qū)光伏最大盈余發(fā)用比測算
要測算光伏最大盈余發(fā)用比，需根據(jù)實(shí)際情況，選擇某一供電區(qū)域，明確其供電方式、功率傳輸路徑和容量，分別擬合光伏發(fā)電及負(fù)荷特性曲線，通過對比計算該值。光伏發(fā)電可以采用理想日發(fā)電特性曲線，同時考慮四季差異；負(fù)荷特性曲線根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)不同分別擬合，可以按照不同類典型負(fù)荷曲線近似，考慮冬夏高峰情況差異，如有實(shí)際負(fù)荷曲線則優(yōu)先采用。對于規(guī)劃中的項(xiàng)目，供電區(qū)域面積、建筑形式、負(fù)荷性質(zhì)等要素確定后可以將發(fā)電與負(fù)荷折算為單位面積的密度值，對比時變特性曲線計算該值。具體步驟如下。
3.1典型功能區(qū)域發(fā)電功率密度測算
由于區(qū)域的功能類型不同，地塊容積率、建筑面積、樓頂面積不同，同樣占地面積內(nèi)光伏安裝容量也不盡相同。測算典型功能區(qū)域內(nèi)光伏最大安裝容量，與區(qū)域總占地面積做比，得到“功能區(qū)域發(fā)電功率密度”。
3.2典型功能區(qū)域負(fù)荷密度測算
根據(jù)不同類型建筑負(fù)荷的典型負(fù)荷指標(biāo)，計算各類功能區(qū)域的最大負(fù)荷，與區(qū)域總占地面積做比，得到“功能區(qū)域負(fù)荷密度”。
3.3光伏發(fā)電及負(fù)荷特性對比分析及光伏最大盈余發(fā)用比測算
光伏最大盈余發(fā)用比測算如表3所示，普通居民住宅最大盈余發(fā)用比最高，大量剩余電力返送；高層住宅其次，部分剩余電力返送；商業(yè)、辦公建筑最大盈余發(fā)用比小于零，發(fā)電完全就地消納。特別是當(dāng)光伏最大盈余發(fā)用比>1時，光伏發(fā)電功率部分時段大量送出，逆向潮流絕對值大于最大正向潮流。對已建成電網(wǎng)，如為單輻射供電模式，會出現(xiàn)設(shè)備過載，必須進(jìn)行增容改造；如為雙輻射供電模式，電網(wǎng)裕度略大，但仍需要進(jìn)行局部改造，這種情況應(yīng)該引起足夠重視。因此在實(shí)際配電網(wǎng)建設(shè)過程中，應(yīng)提前考慮分布式光伏接入可能，估算發(fā)用比指標(biāo)，增加配電網(wǎng)裕度，預(yù)留接入能力。
4影響光伏最大盈余發(fā)用比的因素
從前述算例可以看出，影響光伏最大盈余發(fā)用比指標(biāo)有以下幾個方面，包括發(fā)電功率密度、負(fù)荷功率密度、負(fù)荷特性、極限傳輸功率。對于具有特定建筑形式的區(qū)域，光伏安裝存在飽和情況，在某些因素影響下一般不會達(dá)到飽和，同時光伏發(fā)電具有較強(qiáng)的規(guī)律性，如存在偶然因素只會使發(fā)電減少，有利于發(fā)電消納。負(fù)荷情況相對復(fù)雜。首先其功率密度測算精度不易保證，在負(fù)荷估算、同時率取值等環(huán)節(jié)中往往存在較大的變化空間。此外，時變特性分析較難，由于受經(jīng)濟(jì)、社會、突發(fā)事件等影響，不確定性很大。極限傳輸功率受設(shè)備及上級電網(wǎng)情況影響較大，隨使用時間延長，設(shè)備老舊，往往達(dá)不到設(shè)計時的載流量；而當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)整體水平也影響發(fā)電功率外送，在電網(wǎng)條件較好地區(qū)，其極限運(yùn)行情況下電能質(zhì)量一般能夠得到保證，否則易引起送端電壓升高的不利情況，危害用戶用電安全。因此，在光伏最大盈余發(fā)用比測算中應(yīng)充分考慮各種因素，對于建設(shè)運(yùn)營時間較長的供電區(qū)，其測算值可以取的保守以充分暴露電網(wǎng)和設(shè)備承受的風(fēng)險，對于外送能力較強(qiáng)（雙回路供電、容量裕度較大等）區(qū)域，則可適當(dāng)放寬。當(dāng)測算值明顯超過區(qū)域電網(wǎng)接納能力時，應(yīng)及時進(jìn)行電網(wǎng)增容改造。
5結(jié)論
由于分布式光伏發(fā)電功率與當(dāng)?shù)刎?fù)荷功率均為隨時間變化的量，采用“光伏最大盈余發(fā)用比”指標(biāo)來校核光伏接入?yún)^(qū)域配電設(shè)備在極限運(yùn)行情況下的可靠性更具有實(shí)際意義。光伏發(fā)電規(guī)劃中應(yīng)充分考慮該指標(biāo)并詳細(xì)測算。該指標(biāo)也可以推廣應(yīng)用于其他分布式電源接入配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測算。在分布式光伏示范區(qū)規(guī)劃和設(shè)計時，應(yīng)該根據(jù)建筑形式和負(fù)荷類型估算光伏最大盈余發(fā)用比，對于該指標(biāo)過大且改造困難的區(qū)域在光伏規(guī)劃中應(yīng)嚴(yán)格限制其容量或采用相應(yīng)技術(shù)手段來消除其對配電網(wǎng)和設(shè)備的危害。
作者：史梓男金強(qiáng)李敬如單位：國網(wǎng)北京經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院
