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1、能源技术经济第23卷光伏电站接入青海电网稳定性问题分析李春来1，薛俊茹1，宋锐1，何国庆2（1.青海电力科学试验研究院，青海 西宁 810008；2.中国电力科学研究院，北京 100192）摘要：根据 青海省柴达木盆地千万千瓦级光伏发电基地 规划报告，青海省 2010 年规划光伏发电容量 200 MW，据此通过 DIgSILENT/PowerFactory 仿真软件，对青海省 2010 年规划光伏电站接入青海电网对系统的影响进行了仿真分析，得出相应仿真计算结论。关键词：太阳能；光伏发电；电网稳定性中图分类号：TK51；TM615文献标志码：ASystem Stability Analysis
2、for Photovoltaic Power Stations Integrationinto Qinghai Power GridLI Chunlai1,XUE Junru1,SONG Rui1,HE Guoqing2(1.Qinghai Electric Power Research Institute,Xining 810008,China;2.China Electric Power Research Institute,Beijing 100192,China)Abstract:According to the planning report of“10 GW Photovoltai
3、c Power Generation Base in Qinghai Qaidam Basin”,the total planned photovoltaic power generation capacity in Qinghai province is 200 MW in 2010.Based on that,asimulation analysis is conducted on the impacts of photovoltaic power stations integration into Qinghai power grid in2010 on the power system
4、 by using a simulation software called DIgSILENT/PowerFactory,and correspondingconclusion is obtained.Keywords:solar energy;photovoltaic power generation;power grid stability收稿日期：2011-01-260引言随着可再生能源发展步伐的加快1-3，太阳能光伏发电的大规模开发已列入议事日程，本文将根据 青海省柴达木盆地千万千瓦级光伏发电基地 规划报告中 2010 年太阳能光伏发电的规划容量进行电网稳定性的仿真分析。1青海省太阳
5、能资源现状分析青海省地处中纬度地带，海拔高度 3 000 m以上的地区占全省总面积的 90%以上，因海拔高，大气稀薄，大气透明度好，日光透过率高，日照时间长，加之气候干燥，降雨量小，云层遮蔽率低，太阳能资源十分丰富，年太阳能总辐射量仅次于西藏，居全国第 2，是我国太阳能资源丰富地区。柴达木盆地是青海省太阳能资源利用前景最好的区域，年太阳总辐射量在 6 618.07 356.9 MJ/m2，高于我国东部同纬度地区。柴达木盆地晴天多，按照每日日照百分率大于 60%为晴天标准，平均年晴天日数在 260 天以上，平均利用佳期在 200 天以上，其中柴达木盆地西北部的芒崖、冷湖两地晴天日数达 359 天
6、，最长连续阴天日数仅为 35 天。柴达木盆地日照强烈，日照时间长，平均每天文章编号：1674-8441(2011)04-0028-05能源技术经济Energy Technology and Economics第23卷第4期2011年4月Vol23No 4Apr.2011能源与电力工程28第4期日照时间超过 8 h，年均日照时数在 3 000 h 以上，辐射主要集中在 48 月，占年总辐射的 55%左右，年际变化相对比较小，利用太阳能发电时间相对较长。2青海电网现状分析青海电网位于西北电网的西部。供电范围已覆盖东部的西宁、海东、黄化，中部的乌兰、格尔木等地区。西宁及海东是电网的核心地区，主网最高
7、电压等级为 750 kV。青海电源以水电为主、火电为辅。截至 2009 年年底，青海全口径装机容量 10 568.09 MW，其中水电 8742.79MW，火电 1525.00MW，其他 300.30MW，水电、火电所占比例分别为 82.73%、14.43%。青海电网拥有百万千瓦电厂 4 座（龙羊峡、李家峡、拉西瓦和公伯峡），装机容量为 7 180.00 MW，占总装机容量的 67.94%。截至 2009 年年底，青海电网已建成的 750 kV线路 4 条，省内输电线路总长度约 549.491km；750kV变电站2座，变压器容量4 500MVA。已建成的330kV线路 61 条，省内输电线路
8、总长度约 3 719.639 km。2009 年青海全省全社会用电量（地区口径）达到 324.1 亿 kW h，较 2008 年增长 8.08%。2009 年青海电网最大发电负荷 5 181 MW，较 2008 年增长26.06%4。3光伏电站对电网稳定性的影响分析根据青海电网 2010 年网架结构以及 青海省柴达木盆地千万千瓦级光伏发电基地规划报告（20102030）中 2010 年规划光伏电站容量为 200 MW的情况，分析现有青海网架结构下，规划的光伏电站接入对青海电网的稳定性影响。3.1光伏电站接入后对电网潮流和无功电压的影响分析根据 青海省柴达木盆地千万千瓦级光伏发电基地规划报告（2
9、0102030），到 2010 年年底青海省海西电网将建成 5 座光伏电站，分别为尕海南100 MW 光伏电站、河东农场 50 MW 光伏电站、茶卡 30 MW光伏电站、德令哈西口 10 MW光伏电站以及格尔木南出口 10 MW 光伏电站，分别就近接入海西电网 110 kV 或 35 kV 母线。表 1 为规划光伏电站容量及接入电压等级。3.1.1光伏电站对青海电网影响的计算条件（1）计算模型同步发电机模型；原动机及其调速器模型：调速器模型参考项目委托方提供的模型参数，在电力系统分析软件 DIgSILENT/PowerFactory 中搭建；同步发电机调压器模型：调压器模型参考项目委托 方 提
10、 供 的 模 型 参 数，在 电 力 系 统 分 析 软 件DIgSILENT/PowerFactory 中搭建；负荷模型：采用DIgSILENT/PowerFactory 程序中的综合模型，其中60%恒阻抗、40%感应电动机。（2）光伏电站控制和保护要求根据 国家电网公司光伏电站接入电网技术规定 ，大型（接入电压等级为 66 kV 及以上电网的光伏电站）和中型（接入电压等级为 1035 kV 电网的光伏电站）光伏电站应具备一定的耐受电压异常的能力，避免在电网电压异常时脱离，引起电网电源的损失。若光伏电站不具备低电压耐受能力，光伏电站则按过电流保护和低电压保护原则动作。其中过电流保护为逆变器电
11、流超过额定电流 150%瞬时切除；低电压保护为光伏电站接入点电压低于额定电压的 85%，且时间超过 0.2 s 时切除。表 12010 年规划光伏电站及接入电压等级电站名称容量/MW接入点接入电压等级/kV线路型号长度/km茶卡30乌兰330 kV变110LGJ-12025德令哈西口10德令哈110 kV变110LGJ-1206格尔木南出口10光明110 kV变35LGJ-18513河东农场50格尔木330 kV变110LGJ-15040尕海南100巴音330 kV变110LGJ-40045总计200能源与电力工程李春来等：光伏电站接入青海电网稳定性问题分析29能源技术经济第23卷（3）系统稳
12、定判据功角稳定：系统受到大扰动后，各发电机之间最大相对功角小于 180，并且相对功角为减幅振荡，振荡逐步衰减消失；电压稳定：系统受到大扰动或小扰动后，系统中枢点电压不低于 80%UN，且持续时间不超过 1 s，并且电压为减幅振荡，振荡逐步衰减消失；频率稳定：系统低频率时，正常情况下应不导致低频率减负荷装置动作，事故情况下可考虑低频率减负荷装置动作，但系统不能发生频率崩溃；系统高频率时，最高频率不应高于电网中发电机组高频率保护最低频率整定值，一般应不高于 50.551.0 Hz。3.1.2在青海电网冬大方式下，光伏电站出力对青海电网的影响2010 年 5 个光伏电站接网后 330 kV 和 75
13、0 kV线路的节点电压变化情况及对线路输送有功功率的影响如图 1、2 所示。从图 1、2 中可以看出，光伏电站接入后，330 kV 线路中，乌兰巴音、盐湖巴音、盐湖格尔木、明珠乌兰以及乌兰龙羊峡线路潮流均随着光伏电站出力增加而减小或变化不大，750 kV 格尔木乌兰 2 回线路潮流也随着光伏电站出力增加而减小，光伏电站接入后无过载线路和过载变电站。可见，2010 年5 个规划光伏电站接入电网对电网潮流具有一定的优化作用。3.1.3在青海电网夏小方式下，光伏电站出力对青海电网的影响从图 3、4 可以看出，光伏电站接入后，330kV线路中，乌兰巴音、盐湖巴音、盐湖格尔木、明珠乌兰以及乌兰龙羊峡线路
14、潮流均随着光伏电站出力增加而减小，750 kV 格尔木乌兰 2 回线路潮流也随着光伏电站出力增加而减小，光伏电站接入后无过载线路和过载变电站。可见，夏小方式下，2010 年 5 个规划光伏电站接入电网对海西电网潮流具有一定的优化作用。通过对冬大和夏小 2 种负荷方式下，2010 年规划光伏电站接入系统后潮流和无功电压进行分析，得出以下结论：（1）2 种负荷方式下，各个光伏电站接入后对局部电网电压影响很小，接入点电压变化幅度的标幺值均不超过 0.01。由于光伏电站接入点均为 110 kV、35 kV 低电压等级，光伏出力可以就地消纳，有利于优化电网潮流。（2）2 种负荷方式下，5 个规划光伏电站
15、同时接图 1冬大方式下 5 个光伏电站出力对电网节点电压的影响能源与电力工程30第4期图 2冬大方式下 5 个光伏电站出力变化对线路输送有功功率的影响图 3夏小方式下 5 个光伏电站的出力对电网节点电压的影响能源与电力工程李春来等：光伏电站接入青海电网稳定性问题分析31能源技术经济第23卷图 4夏小方式下 5 个光伏电站的出力对线路输送有功功率的影响入电网且按照相同比例增长时，对电网电压影响很小，且对电网潮流有一定的优化作用。3.2青海电网规划光伏电站安全稳定运行范围分析2010 年青海电网规划光伏电站在电网发生330 kV 线路三相短路故障时的安全稳定运行范围，故障点位于所选区域内时，当光伏
16、电站不具备低电压耐受能力时，光伏电站将由于保护动作而切除。青海省内的 330 kV 线路发生三相短路故障时，3 个光伏电站将退出运行，青海东部或西部的某一条330 kV 线路发生三相短路故障时，将有 1 个光伏电站退出运行。4结语青海省 2010 年规划有 200 MW 光伏电站接入青海省电网，对规划光伏电站接入电网进行潮流、无功电压、暂态稳定仿真分析，认为 200 MW 光伏发电的接入不会给电网带来安全、稳定问题，相反，对部分节点的电网潮流还有一定的优化作用。当光伏电站不具备低电压耐受能力时，由于电网的三相短路故障会使部分光伏电站退出运行。参考文献：1 王庆一.可再生能源的现状和前景(上)J
17、.电力技术经济,2007,19(2):19-24.2 王庆一.可再生能源的现状和前景(下)J.电力技术经济,2007,19(3):23-25.3 倪维斗.生物质能利用的现状、前景及应用指标J.电力技术经济,2009,21(2):1-6.4 青海省电力系统 2010 年度运行方式R.西宁:青海省电力公司.李春来（1980），男，辽宁朝阳人，工程师，系统仿真专责，从事风电、太阳能等新能源接入电网等方面的研究工作。E-mail:薛俊茹（1966），女，青海西宁人，高级工程师，主要从事太阳能等新能源接入电网继电保护方面的工作。E-mail:宋锐（1979），男，青海西宁人，工程师，主要从事太阳能等新能源接入电网继电保护方面的工作。E-mail:（责编/李秀平）能源与电力工程32