摘要：2012年甘肅河西4地市拿到路條的光伏發(fā)電規(guī)劃容量超過(guò)500萬(wàn)kW，當(dāng)前電網(wǎng)不能滿足新能源的全部接納要求，大規(guī)模光伏項(xiàng)目的并網(wǎng)和消納成為阻礙光伏快速發(fā)展的首要問(wèn)題?；诤游麟娋W(wǎng)負(fù)荷發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)劃以及通道輸送能力的實(shí)際情況分析，提出了各市（縣、區(qū)）建設(shè)光伏容量與區(qū)域新增用電負(fù)荷相適應(yīng)的分散接入、在地區(qū)110 kV電網(wǎng)內(nèi)就地消納的新思路。分析了河西電網(wǎng)光伏發(fā)電的實(shí)際出力特性，計(jì)算并分析了嘉酒、張掖、金昌及武威地區(qū)電網(wǎng)就地接納光伏的空間和有利條件?；诠夥隽μ匦院拓?fù)荷特性，分析了光伏的調(diào)峰特性及調(diào)峰方案選擇。
關(guān)鍵詞：光伏，發(fā)電出力特性，就地消納，調(diào)峰容量
0 引言
甘肅省河西走廊的風(fēng)能、光照資源豐富，具有發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電[1－2]的突出優(yōu)勢(shì)。截至2012年年底，酒泉千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地已并網(wǎng)和在建風(fēng)電裝機(jī)容量970萬(wàn)kW；河西嘉酒、張掖、金昌和武威4地市已并網(wǎng)光伏容量14萬(wàn)kW，已核準(zhǔn)容量29.5萬(wàn)kW，已有路條光伏規(guī)劃容量超過(guò)500萬(wàn)kW。
中國(guó)風(fēng)電和光伏規(guī)模都躍居世界第一，主要是“大基地融入大電網(wǎng)”的并網(wǎng)模式，千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電通過(guò)特高壓電網(wǎng)跨大區(qū)域外送消納[3]，目前處于領(lǐng)先水平，國(guó)外沒有案例參考。雖然甘肅電網(wǎng)是新疆、青海、寧夏和陜西4省主網(wǎng)架功率交換通道，750 kV甘新聯(lián)網(wǎng)后從主網(wǎng)架上講具有一定的外送條件，但是受電源與負(fù)荷區(qū)域不平衡性、現(xiàn)有通道輸送能力、調(diào)峰能力、大規(guī)模新能源的調(diào)度運(yùn)行、外送通道建設(shè)滯后等因素的限制，考慮酒泉二期300萬(wàn)kW風(fēng)電[4]后河西電網(wǎng)已沒有富余的新能源接納能力。
因此，甘肅河西地區(qū)500萬(wàn)kW光伏的消納問(wèn)題只能另辟蹊徑。本文結(jié)合甘肅電網(wǎng)規(guī)劃和負(fù)荷發(fā)展的實(shí)際情況，首次提出了以市（縣）或330 kV樞紐變系統(tǒng)為單位，光伏項(xiàng)目發(fā)展必須與該區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷增長(zhǎng)相適應(yīng)的接網(wǎng)和就地消納[5]新思路，計(jì)算分析了河西嘉酒、張掖、金昌和武威電網(wǎng)發(fā)展光伏的條件和新增接納空間，并研究了大量風(fēng)電、光伏并網(wǎng)后對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰的影響。
1 500萬(wàn)kW光伏概況
1.1 光伏規(guī)劃容量
甘肅河西4地市已有路條的光伏項(xiàng)目主要分布在敦煌、嘉峪關(guān)、酒泉、張掖、金昌和武威地區(qū)，場(chǎng)址全部為國(guó)有未開發(fā)的荒灘，規(guī)劃總?cè)萘?27萬(wàn)kW。分區(qū)域光伏容量見表1?！ ?
1.2 典型并網(wǎng)方案
整體來(lái)看，光伏項(xiàng)目的空間分布比較分散，但某一市（縣）區(qū)域內(nèi)主要集中在1－2個(gè)點(diǎn)，單個(gè)光伏項(xiàng)目容量范圍在9～50 MW，全部采用獨(dú)立接入方案過(guò)于占用公網(wǎng)資源，不利于電網(wǎng)科學(xué)持續(xù)發(fā)展，河西750 kV輸電網(wǎng)及光伏群分布如圖1所示。從節(jié)約資源和節(jié)省投資考慮，理想并網(wǎng)方案是就近打捆以110 kV線路接入負(fù)荷中心，當(dāng)前2種主流打捆方案如圖2所示?！ ?
方案一：小于30 MW的項(xiàng)目以35 kV匯集、100 MW為單位合建110 kV升壓站；方案二：50MW或100 MW項(xiàng)目獨(dú)立建設(shè)110 kV升壓站后采用串接方案打捆送出。
2 河西光伏出力特性
甘肅電網(wǎng)已并網(wǎng)光伏容量150 MW，目前已有約1年的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。河西光伏電站典型日發(fā)電曲線為平滑的正弦曲線，圖3代表有功功率曲線。
分析單個(gè)光伏電站發(fā)現(xiàn)，不同緯度的光伏電站起始和終止發(fā)電時(shí)間略有偏差。晴天發(fā)電時(shí)段多為07：30－20：00，正午有功值最大，最大出力為電站安裝容量的80%～87%，跟蹤式光伏電站能夠適當(dāng)延長(zhǎng)發(fā)電時(shí)間，最大出力為70%～80%；多云天氣下，光伏出力波動(dòng)性和隨機(jī)性較大。
對(duì)多個(gè)光伏電站相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，同在一片區(qū)域的多個(gè)光伏電站發(fā)電曲線相關(guān)性較強(qiáng)，同時(shí)最大出力系數(shù)約為0.85，并且隨著區(qū)域面積的增加和組件總安裝容量的增大，相關(guān)性不同程度的減弱。
圖4為甘肅全網(wǎng)光伏發(fā)電量曲線，從全網(wǎng)逐月光伏發(fā)電量和發(fā)電小時(shí)數(shù)看出，日最大發(fā)電量、月最大發(fā)電量、月發(fā)電利用小時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)一致，月利用小時(shí)數(shù)88～214 h，4－10月光伏發(fā)電量較大?！ ?
3 河西電網(wǎng)就地消納能力
3.1 分區(qū)域電力消納能力
3.1.1 電力平衡計(jì)算原則
?。?）并網(wǎng)消納原則。以就地消納為前提，最大程度地滿足光伏并網(wǎng)發(fā)電。光伏電站打捆后優(yōu)先以110 kV及以下電壓等級(jí)分步、分散、就近接入?yún)^(qū)域樞紐變電站或負(fù)荷中心，原則上在330 kV樞紐變電站的低壓供電系統(tǒng)內(nèi)平衡，不允許向330 kV以上電網(wǎng)反送電。如果用電負(fù)荷、電源分布不平衡，必須與當(dāng)?shù)刎?fù)荷發(fā)展相適應(yīng)，可適當(dāng)放寬條件至整個(gè)地區(qū)110 kV電網(wǎng)內(nèi)消納。
?。?）光伏和風(fēng)電最大出力系數(shù)。參考河西地區(qū)現(xiàn)有風(fēng)電、光伏出力特性分析，區(qū)域風(fēng)電群瞬時(shí)最大出力按裝機(jī)容量的64%計(jì)算，光伏群瞬時(shí)最大同時(shí)率按安裝容量的85%計(jì)算。
?。?）常規(guī)電源參與平衡原則?；痣姀S用電率8%，開機(jī)方式為夏季開1臺(tái)機(jī)，冬季開2臺(tái)機(jī)，在負(fù)荷變化時(shí)考慮火電機(jī)組40%的最大調(diào)峰深度；自備電廠按自發(fā)自用、就地平衡考慮，熱電廠以熱定電參與平衡；水電全部參與電力平衡。
3.1.2 就地消納能力分析
基于3.1.1原則，以金昌電網(wǎng)為例分析光伏接納能力，見表2和表3。接納能力分析方法為基于分年度、分片負(fù)荷預(yù)測(cè)，逐一計(jì)算區(qū)域330 kV變電站110 kV供電系統(tǒng)可接納光伏容量Sp1、地（市）110 kV電網(wǎng)可接納光伏容量Sp2，合理安排區(qū)域光伏建設(shè)時(shí)序，最終確定逐年接納光伏容量Sp∈（Sp1，Sp2）。綜合分析，金昌電網(wǎng)就地接納光伏能力約為1100 MW，符合電網(wǎng)實(shí)際情況。
采用相同方法分析嘉酒、張掖和武威地區(qū)。河西4地市逐年最大光伏消納容量見表4。2015年河西電網(wǎng)理論上能夠就地消納光伏容量約為385萬(wàn)kW，考慮敦煌市外送條件，受限容量仍在80萬(wàn)kW以上，主要是嘉酒電網(wǎng)和張掖電網(wǎng)受限。
河西4地市消納光伏的有利條件有如下幾個(gè)方面。
?。?）嘉酒電網(wǎng)新能源與常規(guī)能源比值大于5，新能源區(qū)域優(yōu)勢(shì)過(guò)于集中。甘新聯(lián)網(wǎng)后，750 kV一通道穩(wěn)定極限輸送能力330萬(wàn)kW，酒泉二期300萬(wàn)kW風(fēng)電建成后嘉酒電網(wǎng)需要外送電力約340萬(wàn)kW，已超出輸電能力。因此，“十二五”僅能視新增負(fù)荷容量發(fā)展相應(yīng)規(guī)模光伏，預(yù)計(jì)可新增光伏容量74.5萬(wàn)kW。
（2）張掖電網(wǎng)可接納新能源與常規(guī)能源比例小于0.35，反映出常規(guī)電源容量大，用電負(fù)荷小，是典型電力外輸型電網(wǎng)?？紤]分片負(fù)荷的增長(zhǎng)，并考慮擴(kuò)大至整個(gè)張掖地區(qū)消納，高臺(tái)、山丹縣可接納約40萬(wàn)kW光伏。
?。?）金昌和武威電網(wǎng)負(fù)荷比較集中，2015年能夠達(dá)到200萬(wàn)kW以上。金昌110 kV電網(wǎng)以光伏大發(fā)時(shí)不對(duì)外送電為邊界條件，能滿足97萬(wàn)kW光伏的接納要求。武威電網(wǎng)負(fù)荷與光伏分布很不平衡，圖1可以看出，西部紅沙崗和涼州區(qū)光伏需要通過(guò)750 kV主網(wǎng)架進(jìn)行電能跨區(qū)分配，在武威東部地區(qū)進(jìn)行消納。
3.2 電網(wǎng)調(diào)峰能力
