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分布式光伏发电论文

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1光伏并网主要形式及安装方式

目前光伏发电接入配电网主要有两种形式,汇集接入和分散式接入。一般汇集接入时光伏发电规模较大,多台光伏逆变器通过交流线路汇集于低压母线,采用升压变压器升至10kV,利用专用线路接入变电站10kV母线或开闭站、环网柜等公共配电设施。分散式接入一般容量较小,主要接入用户电网,以380V/220V并网,可以多个点接入。汇集接入和分散式接入各有特点,汇集接入便于管理,但是需建汇集(升压)站,投资较大,对配电网电压影响也较大,需要相应的调度控制措施;分散式接入时无需建汇集(升压)站,投资少,对配电网电压影响较小,但是接入点数量多,计量分散,维护复杂,不易控制。近年来在城市地区,建筑一体化光伏(BIPV,BuildingIntegratedPV)作为光伏发电的一种新形式,得到越来越多的关注。建筑一体化光伏就是将光伏发电材料安装在建筑结构的外表面来提供电力。根据光伏材料与建筑组合的方式不同,可分为两大类:一类是光伏材料与建筑结合,如嵌入式安装的屋顶、外墙等;另一类是光伏材料与建筑集成,如光电瓦屋顶、光电幕墙和光电采光顶等。在这两种方式中,第一大类是最常用形式,特别是与建筑屋面的结合。由于光伏材料与建筑结合不占用额外地面空间,是光伏发电系统在城市中广泛应用的最佳安装方式,因而倍受关注。光伏材料与建筑的集成是BIPV的一种高级形式,它对光伏组件的要求较高。光伏组件不仅要满足光伏发电功能要求,同时还要兼顾建筑的基本功能要求,目前造价较高。

2光伏发电消纳新指标

光伏接入必然对配电网运行、监控带来影响,电能质量、可靠性等指标也将发生变化,为了保证电网安全可靠,需要通过测算其渗透率合理估计配电网消纳能力。传统的渗透率是一个静态量,指分布式发电并网容量与电网负荷的比值。分布式发电并网容量按照装机容量计算,对于光伏发电即为峰值功率;电网负荷则按照最大负荷计算。渗透率在一定程度上反映了分布式发电与当地负荷的数量关系,对指导分布式发电规划起到了一定作用,是保证电网安全运行的基本指标。但是在项目实际运行中,光伏等分布式发电的输出由于受不可控自然条件(如光照、风力)存在时变性,而负荷也随着类型不同体现了一定的时变周期规律,在某些特定时段将出现对电网最为不利情况。为了在时变周期内分析配电网对分布式光伏等电源的消纳能力,测算线路、变压器等设备可能承受的最大潮流。在配电网规划中,一般根据负荷预测结果(规划期最大负荷)选择线路、变压器等设备容量(体现极限传输功率),对于已建成多年未实施设备升级改造的区域,配电设备老旧且容量裕度有限,当分布式电源发电功率大量盈余时将产生大量返送功率,此时电网设备可能出现反向倒送大量电力,甚至反向送电导致设备和线路过载。因此,“光伏最大盈余发用比”指标反映了分布式光伏与当地负荷的动态消纳关系,表征了电网所可能承受的最为严苛的运行情况,这是传统的渗透率指标所无法反映出来的,更具有实际参考价值,对配电网可靠性评估和建设改造指导意义更大。

3典型建筑区光伏最大盈余发用比测算

要测算光伏最大盈余发用比,需根据实际情况,选择某一供电区域,明确其供电方式、功率传输路径和容量,分别拟合光伏发电及负荷特性曲线,通过对比计算该值。光伏发电可以采用理想日发电特性曲线,同时考虑四季差异;负荷特性曲线根据负荷性质不同分别拟合,可以按照不同类典型负荷曲线近似,考虑冬夏高峰情况差异,如有实际负荷曲线则优先采用。对于规划中的项目,供电区域面积、建筑形式、负荷性质等要素确定后可以将发电与负荷折算为单位面积的密度值,对比时变特性曲线计算该值。具体步骤如下。

3.1典型功能区域发电功率密度测算

由于区域的功能类型不同,地块容积率、建筑面积、楼顶面积不同,同样占地面积内光伏安装容量也不尽相同。测算典型功能区域内光伏最大安装容量,与区域总占地面积做比,得到“功能区域发电功率密度”。

3.2典型功能区域负荷密度测算

根据不同类型建筑负荷的典型负荷指标,计算各类功能区域的最大负荷,与区域总占地面积做比,得到“功能区域负荷密度”。

3.3光伏发电及负荷特性对比分析及光伏最大盈余发用比测算

光伏最大盈余发用比测算如表3所示,普通居民住宅最大盈余发用比最高,大量剩余电力返送;高层住宅其次,部分剩余电力返送;商业、办公建筑最大盈余发用比小于零,发电完全就地消纳。特别是当光伏最大盈余发用比>1时,光伏发电功率部分时段大量送出,逆向潮流绝对值大于最大正向潮流。对已建成电网,如为单辐射供电模式,会出现设备过载,必须进行增容改造;如为双辐射供电模式,电网裕度略大,但仍需要进行局部改造,这种情况应该引起足够重视。因此在实际配电网建设过程中,应提前考虑分布式光伏接入可能,估算发用比指标,增加配电网裕度,预留接入能力。

4影响光伏最大盈余发用比的因素

从前述算例可以看出,影响光伏最大盈余发用比指标有以下几个方面,包括发电功率密度、负荷功率密度、负荷特性、极限传输功率。对于具有特定建筑形式的区域,光伏安装存在饱和情况,在某些因素影响下一般不会达到饱和,同时光伏发电具有较强的规律性,如存在偶然因素只会使发电减少,有利于发电消纳。负荷情况相对复杂。首先其功率密度测算精度不易保证,在负荷估算、同时率取值等环节中往往存在较大的变化空间。此外,时变特性分析较难,由于受经济、社会、突发事件等影响,不确定性很大。极限传输功率受设备及上级电网情况影响较大,随使用时间延长,设备老旧,往往达不到设计时的载流量;而当地配电网整体水平也影响发电功率外送,在电网条件较好地区,其极限运行情况下电能质量一般能够得到保证,否则易引起送端电压升高的不利情况,危害用户用电安全。因此,在光伏最大盈余发用比测算中应充分考虑各种因素,对于建设运营时间较长的供电区,其测算值可以取的保守以充分暴露电网和设备承受的风险,对于外送能力较强(双回路供电、容量裕度较大等)区域,则可适当放宽。当测算值明显超过区域电网接纳能力时,应及时进行电网增容改造。

5结论

由于分布式光伏发电功率与当地负荷功率均为随时间变化的量,采用“光伏最大盈余发用比”指标来校核光伏接入区域配电设备在极限运行情况下的可靠性更具有实际意义。光伏发电规划中应充分考虑该指标并详细测算。该指标也可以推广应用于其他分布式电源接入配电网规划设计,并根据实际情况进行测算。在分布式光伏示范区规划和设计时,应该根据建筑形式和负荷类型估算光伏最大盈余发用比,对于该指标过大且改造困难的区域在光伏规划中应严格限制其容量或采用相应技术手段来消除其对配电网和设备的危害。

作者:史梓男金强李敬如单位:国网北京经济技术研究院

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