光伏發(fā)電及調(diào)度運行的有關(guān)問題

1、1- 1 -光伏發(fā)電及調(diào)度運行的有關(guān)問題光伏發(fā)電發(fā)展趨勢1234光伏發(fā)電原理及特性光伏發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)度運行的影響光伏發(fā)電調(diào)度運行應(yīng)對措施結(jié)束語54一切可再生能源和化石能源均來源于太陽能。我國太陽能資源非常豐富，理論儲量達每年17,000 億噸標準煤。我國太陽能分布及含量 光伏產(chǎn)業(yè)是全球能源科技和產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，是具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ某柈a(chǎn)業(yè)，也是我國具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)外光伏裝機容量6光伏發(fā)展迅速，截至2012年底，世界光伏裝機101GW，我國7GW，占7%。2012年我國組件產(chǎn)量23GW，占世界總產(chǎn)量55%。04-10年均增長62%2011年以來增長更快年均增長47.08%

2、世界光伏裝機（MW)我國光伏裝機（MW)燃煤電價上漲2%/年，光伏下降5%/年：中國在資源好的地區(qū)，光伏將在2023年在發(fā)電側(cè)達到平價；年201320142015201620172018201920202021脫硫燃煤電價（元/kWh）0.42 0.44 0.45 0.47 0.49 0.51 0.53 0.55 0.57 光伏標桿電價（元/kWh）1.00 0.95 0.90 0.86 0.81 0.77 0.74 0.70 0.66 年202220232024202520262027202820292030脫硫燃煤電價（元/kWh）0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.73

3、 0.76 0.79 0.82 光伏標桿電價（元/kWh）0.63 0.60 0.57 0.54 0.51 0.49 0.46 0.44 0.42 中國光伏平價發(fā)展路線圖（發(fā)電側(cè)）用電電價上漲2%/年，光伏電價下降5%/年：中國在東部地區(qū)，光伏將分別在2016，2019和2023年在不同的用電側(cè)達到平價；年201320142015201620172018201920202021工商業(yè)用電電價（元/kWh）0.95 0.99 1.03 1.07 1.11 1.16 1.20 1.25 1.30 大工業(yè)用電電價（元/kWh）0.71 0.74 0.77 0.80 0.83 0.86 0.90 0.

4、93 0.97 低電價用戶電價（元/kWh）0.52 0.54 0.56 0.58 0.61 0.63 0.66 0.68 0.71 分布式光伏電價（元/kWh）1.20 1.14 1.08 1.03 0.98 0.93 0.88 0.84 0.80 年202220232024202520262027202820292030工商業(yè)用電電價（元/kWh）1.35 1.41 1.46 1.52 1.58 1.65 1.71 1.78 1.85 大工業(yè)用電電價（元/kWh）1.01 1.05 1.09 1.14 1.18 1.23 1.28 1.33 1.38 低電價用戶電價（元/kWh）0.74

5、0.77 0.80 0.83 0.87 0.90 0.94 0.97 1.01 分布式光伏電價（元/kWh）0.76 0.72 0.68 0.65 0.62 0.59 0.56 0.53 0.50 中國光伏平價發(fā)展路線圖（用電側(cè)）新能源發(fā)展遠景規(guī)劃目標2015年2020年2030年新能源發(fā)展風(fēng)電1億千瓦光伏1000萬千瓦風(fēng)電2億千瓦光伏發(fā)電1億千瓦風(fēng)電3億千瓦光伏發(fā)電2億千瓦我國新能源發(fā)電接入的特點太陽能光伏發(fā)電接入電網(wǎng)呈現(xiàn)出大規(guī)模集中接入與分布式接入并舉的特點。9光伏發(fā)電發(fā)展趨勢1234光伏發(fā)電原理及特性光伏發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)度運行的影響光伏發(fā)電調(diào)度運行應(yīng)對措施結(jié)束語510反射30%散射吸收23%

6、直射地面反射太陽能的輻射傳輸模型太陽常數(shù)：輻照度為1367 W/m2衰減系數(shù)： （光學(xué)厚度） 氣體分子散射、氣溶膠粒子散射、臭氧吸收、水汽吸收、氣體分子吸收陽傘效應(yīng)：云及不均勻水汽和氣溶膠的反射效應(yīng)中國水平面太陽輻射分布圖等級資源帶號年總輻射量（MJ/ m2）年總輻射量（kWh/ m2）平均日輻射量（kWh/m2）最豐富帶I 6300 1750 4.8 很豐富帶II5040 6300 1400 1750 3.8 4.8 較豐富帶III3780 5040 1050 1400 2.9 3.8 一般IV 3780 1050 2.9 Solar Resources in China: 4 classe

7、s 光譜特征（大氣的光學(xué)特性）熱水器：300-3000nm單晶硅電池：400-1100nm太陽能利用方式選擇標準大氣條件下300-3000nm：1324.4W/m2400-1100nm： 908.5W/m2兩者相差：30%！能見度水汽太陽位置模型光伏發(fā)電的出力特性晴天多云天連續(xù)一周光伏發(fā)電的波動性輻照度實測曲線（多云天氣）輻照度實測曲線（晴朗天氣）光伏發(fā)電的波動性光伏發(fā)電的開關(guān)機時間西藏光伏發(fā)電開關(guān)機時間寧夏光伏發(fā)電開關(guān)機時間全年光伏發(fā)電日最大出力西藏寧夏 由于光伏板傾角為年最佳傾角，3月份日最大出力最高，6、7月份由于傾角關(guān)系以及陰雨天比較多，日最大出力受限，12月和1月日最大出力最低?！肮?/p>

8、生伏打”效應(yīng)光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電原理251954年美國貝爾實驗室光伏發(fā)電原理 光伏產(chǎn)業(yè)鏈及產(chǎn)業(yè)范圍 太陽級硅材料制造硅錠及硅片制造電池制造組件封裝系統(tǒng)工程各環(huán)節(jié)專用材料制造光伏材料、器件、組件、系統(tǒng)的檢測設(shè)備制造各環(huán)節(jié)專用設(shè)備的制造業(yè)光伏系統(tǒng)及系統(tǒng)平衡部件制造業(yè)光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電原理光伏發(fā)電原理31商品化的太陽能電池組件和效率32 隨著光伏電池溫度的增加，開路電壓減少，在20-100C范圍，溫度升高光伏電池的功率下降，典型功率溫度系數(shù)為0.35%/C，即太陽電池溫度每升高1C，功率減少0.35%。 光伏電池的溫度特性33 光伏電池的光電流與輻照度成正比，在輻照度由10

9、0W/m2-1000W/m2范圍內(nèi)，光電流始終隨輻照度的增長而線性增長；輻照度對電壓的影響很小，在溫度固定的條件下，當輻照度在400W/m2-1000W/m2范圍內(nèi)變化，光伏電池的開路電壓基本保持恒定。 光伏電池的輻照度特性34理想等效電路 實際等效電路光伏電池等效電路光伏系統(tǒng)的發(fā)電特性光-電轉(zhuǎn)換方式為電池，無慣性直-交轉(zhuǎn)換通過逆變器實現(xiàn)低電壓/零電壓穿越比風(fēng)電更容易逆變器直流直流母線MPPT工作電壓500-800V，采用1200V耐壓的IGBT可以很容易實現(xiàn)1.2pu高電壓穿越逆變器的有功/無功控制比風(fēng)電容易電能質(zhì)量問題大于風(fēng)電光伏系統(tǒng)的發(fā)電特性最大功率跟蹤（MPPT）36光伏發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)

10、特性無低電壓穿越能力36電網(wǎng)電壓跌落故障時的特性比較：有功功率無功功率有低電壓穿越能力光伏電站常規(guī)電廠提供緊急無功支撐；光伏退出運行或無支撐能力。光伏發(fā)電系統(tǒng)的頻率特性電網(wǎng)頻率波動時的特性比較常規(guī)火電機組系統(tǒng)頻率波動光伏電站常規(guī)電廠具備功-頻響應(yīng)特性；光伏電站無慣量，出力無變化。38光伏發(fā)電特性小結(jié)光伏發(fā)電的特性是由資源的特性和發(fā)電設(shè)備的特性決定的。資源的特性規(guī)律性間歇性波動性發(fā)電設(shè)備的特性諧波抗擾動能力差無慣性控制特性好于風(fēng)電39光伏發(fā)電特性小結(jié)關(guān)鍵指標每萬千瓦占地350-400畝（組件效率16-18%固定傾角）每平方公里可安裝光伏容量4萬千瓦（風(fēng)電0.6萬千瓦 ）每千瓦光伏電池用硅量7-9

11、公斤生產(chǎn)每公斤硅料用電100-400千瓦時生產(chǎn)每千瓦光伏電池用電1000-4000千瓦時光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合效率75-80%青藏高原光伏發(fā)電年利用小時數(shù)超過1900光伏發(fā)電系統(tǒng)壽命20年（電池效率衰減至80%）光伏發(fā)電發(fā)展趨勢1234光伏發(fā)電特性光伏發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)度運行的影響光伏發(fā)電調(diào)度運行應(yīng)對措施結(jié)束語540 200MW光伏對調(diào)峰的影響 41對電網(wǎng)調(diào)峰的影響 3200MW光伏對調(diào)峰的影響 42123對電網(wǎng)調(diào)峰的影響峰谷差、峰谷差率變化及其分布光伏安裝200MWp時，穿透功率約為2.5光伏穿透功率很小，光伏電站的接入對等效負荷峰谷差和峰谷差率影響不大。 43對電網(wǎng)調(diào)峰的影響光伏安裝3200MWp時，

12、穿透功率約為18.9。光伏穿透功率增大，影響非常明顯，峰谷差率的變大使得電網(wǎng)調(diào)峰愈加困難。疊加前后峰谷差率變大范圍在20以內(nèi)。峰谷差、峰谷差率變化及其分布44對電網(wǎng)調(diào)峰的影響最大峰谷差率隨穿透功率變化曲線光伏容量小于負荷峰谷差，接入后系統(tǒng)的等效最大峰谷差率一直保持在20左右，光伏電站接入對系統(tǒng)調(diào)峰影響很??；光伏容量大于負荷峰谷差以后，最大峰谷差率隨光伏穿透功率線性增大。 45對電網(wǎng)調(diào)峰的影響德國的情況46對電網(wǎng)調(diào)峰的影響美國加州情況47對電網(wǎng)調(diào)峰的影響48對電壓穩(wěn)定的影響電壓波動范圍超出運行要求（無補償裝置）49對電壓穩(wěn)定的影響50分布式光伏發(fā)電接入對配電網(wǎng)電壓的影響光伏接入前光伏接入后51分

13、布式光伏發(fā)電接入對配電網(wǎng)電壓的影響光伏發(fā)電接入前后母線電壓偏差幅度情況（a）光伏接入前（b）光伏接入后分布式光伏發(fā)電的接入增大了母線電壓波動幅度，需采取措施控制母線電壓波動幅度，如利用光伏逆變器的無功-電壓調(diào)節(jié)能力。52 光伏接入引起電壓越限1.1pu 電壓波動頻繁分布式光伏輸出功率的隨機性易造成電壓波動和閃變。例：寧夏自治區(qū)擬在紅寺堡鎮(zhèn)3800戶農(nóng)村居民屋頂各安裝4kW光伏，并通過220V分散接入，對用戶及配電網(wǎng)電壓質(zhì)量帶來大幅影響。電壓波動原理分析53影響因素：分布式電源容量接入點距離導(dǎo)線截面功率因數(shù)傳統(tǒng)發(fā)電設(shè)備使用減少，系統(tǒng)慣性和頻率調(diào)節(jié)能力下降，電壓支撐能力降低（無強勵），電網(wǎng)有功和無

14、功支持減少；故障情況下光伏電站的切除將使得系統(tǒng)可靠性大大降低；光伏電站出力變化及異常切除影響系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定。54對暫態(tài)穩(wěn)定的影響55光伏電站不具備低電壓穿越能力網(wǎng)內(nèi)任一主要線路短路故障都將導(dǎo)致光伏電站脫網(wǎng)電網(wǎng)頻率大幅降低問題？對于青海和藏中電網(wǎng)，這樣的要求是否足夠？對暫態(tài)穩(wěn)定的影響56 對網(wǎng)內(nèi)主要線路短路故障進行了掃描，表明220kV環(huán)網(wǎng)內(nèi)的短路故障，將導(dǎo)致大部分光伏電站脫網(wǎng)，頻率穩(wěn)定問題依然突出。 要求光伏電站做到電壓跌落至0.1pu時能夠繼續(xù)運行，甚至0電壓穿越。對暫態(tài)穩(wěn)定的影響對暫態(tài)穩(wěn)定的影響國標光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定GB/T19964，提出了光伏電站零電壓穿越等技術(shù)要求581型

15、2型對電能質(zhì)量的影響59光伏接入前對系統(tǒng)調(diào)頻的影響60光伏接入后對系統(tǒng)調(diào)頻的影響61孤島是分布式電源特有現(xiàn)象，在發(fā)電與負荷基本相當時不宜檢測。孤島運行的危害：危及運行和檢修人員的安全；重合閘導(dǎo)致設(shè)備損壞；孤島供電質(zhì)量差損壞用電設(shè)備。孤島問題62光伏發(fā)電孤島檢測失敗，出現(xiàn)孤島運行孤島問題光伏發(fā)電發(fā)展趨勢1234光伏發(fā)電原理及特性光伏發(fā)電對電網(wǎng)調(diào)度運行的影響光伏發(fā)電調(diào)度運行應(yīng)對措施結(jié)束語563可再生能源法修正案第四章推廣與應(yīng)用第十四條：電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)當與按照可再生能源開發(fā)利用規(guī)劃建設(shè)，依法取得行政許可或者報送備案的可再生能源發(fā)電企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議，全額收購其電網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)符合并網(wǎng)技術(shù)標準的可再生能源并網(wǎng)

16、發(fā)電項目的上網(wǎng)電量。發(fā)電企業(yè)有義務(wù)配合電網(wǎng)企業(yè)保障電網(wǎng)安全。 完善技術(shù)標準 正在制定的標準國標9項、行標18項、企標5項，主要有： GB/T 19964 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（修訂） GB/T 29321 光伏發(fā)電站無功補償技術(shù)規(guī)范 （國標） GB/T 29319光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定 （國標） 光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)檢測規(guī)程 （國標） 光伏發(fā)電站并網(wǎng)運行控制規(guī)范 （國標） 光伏發(fā)電站低電壓穿越檢測技術(shù)規(guī)程 （行標） 光伏發(fā)電站逆變器防孤島效應(yīng)檢測技術(shù)規(guī)程 （行標） 光伏發(fā)電站逆變器電能質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程 （行標） 完善技術(shù)標準電網(wǎng)友好型光伏逆變器66快速控制（ms級）拓展通訊功能

17、控制有功、無功減少有功變化率補償諧波逆變器是光伏電站和電網(wǎng)之間相互溝通的橋梁，逆變器的功能：更大的單體容量，更高的電壓等級有功功率和無功功率的解耦控制更好的電能質(zhì)量（諧波、間諧波、高次諧波）更強的抗干擾能力符合智能電網(wǎng)標準的網(wǎng)源互動技術(shù)電網(wǎng)友好型光伏逆變器特性有功功率降額；無功功率補償；低電壓穿越；頻率響應(yīng)；電網(wǎng)友好型光伏逆變器67基于虛擬同步發(fā)電機的光伏并網(wǎng)發(fā)電控制 根據(jù)電網(wǎng)對光伏逆變器性能的要求,借鑒同步發(fā)電機的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型,設(shè)計的基于虛擬同步發(fā)電機特性的光伏發(fā)電并網(wǎng)控制逆變器。68電網(wǎng)友好型光伏電站恒功率因數(shù) 無功調(diào)節(jié) 電壓調(diào)節(jié) 暫態(tài)電壓支撐最大功率輸出 有功功率調(diào)節(jié) 頻率響應(yīng)有擾動即脫

18、網(wǎng) 低電壓穿越能力及電網(wǎng)適應(yīng)性新能源優(yōu)化調(diào)度是在滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行約束下，根據(jù)預(yù)測結(jié)果預(yù)留新能源發(fā)電運行空間，實現(xiàn)不棄新能源電量或少棄新能源電量。波動性新能源與調(diào)節(jié)欠靈活的火電增加了電力系統(tǒng)平衡難度，如何協(xié)調(diào)新能源消納與電網(wǎng)安全運行是新能源優(yōu)化調(diào)度的難點。火電機組啟機曲線點火5小時 啟機5小時 并網(wǎng)到滿負荷5小時69新能源優(yōu)化調(diào)度的目標與難點從外網(wǎng)受入功率(MW)800100012001400出現(xiàn)限制的天數(shù)(d)14161830限制的總小時數(shù)(h)28.753843.2576.25被限電量(MWh)20392267853038150007被限電量占年發(fā)電比例(%)1.21.61.83某省

19、級電網(wǎng)接納1200MW光伏發(fā)電后限電結(jié)果提高光伏發(fā)電接納能力的調(diào)度運行措施考慮預(yù)測后，系統(tǒng)光伏發(fā)電接納能力增加約14%左右年限電量不超過發(fā)電總量的3%，但系統(tǒng)接納能力卻提高了一倍光伏發(fā)電功率預(yù)測71短期預(yù)測 光伏電池模型 逆變器模型 物理方法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 支持向量機 .統(tǒng)計方法功率預(yù)測預(yù)測模型數(shù)值天氣預(yù)報光伏發(fā)電功率預(yù)測短期功率預(yù)測72基于雙向漸進濾波的凈空模型構(gòu)建方法光伏發(fā)電凈空模型73統(tǒng)計法基于“學(xué)習(xí)算法”，通過一種或多種算法建立NWP歷史數(shù)據(jù)與測得的光伏電站歷史輸出功率數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系，再根據(jù)該關(guān)系式，由NWP數(shù)據(jù)對光伏電站輸出功率進行預(yù)測。統(tǒng)計方法光伏發(fā)電功率預(yù)測短期功率預(yù)測74根據(jù)光

20、伏電站所處的地理位置，綜合分析光伏電站內(nèi)部光伏電池板、逆變器等多種設(shè)備的特性，得到光伏電站出力與數(shù)值天氣預(yù)報的物理關(guān)系，對光伏電站的出力進行預(yù)測。 物理方法光伏發(fā)電功率預(yù)測短期功率預(yù)測75超短期預(yù)測功率預(yù)測預(yù)測模型歷史與實時功率、實測氣象數(shù)據(jù) ARMA模型函數(shù)系數(shù)自回歸模型時間序列分析方法 Mallat算法 A trous算法 .小波分析方法數(shù)值天氣預(yù)報數(shù)據(jù)光伏發(fā)電功率預(yù)測超短期功率預(yù)測76根據(jù)光伏電站的歷史及實時的測量功率、實測氣象數(shù)據(jù)及NWP數(shù)據(jù)，采用多元時間序列分析方法，動態(tài)挖掘歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)中的規(guī)律，實現(xiàn)對光伏電站未來0-4小時的輸出功率預(yù)測。光伏發(fā)電功率預(yù)測超短期功率預(yù)測77根據(jù)光伏電站的歷史及實時的測量功率、實測氣象數(shù)據(jù)及NWP數(shù)據(jù)，采用多元時間序列分析方法，動態(tài)挖掘歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)中的規(guī)律，實現(xiàn)對光伏電站未來0-4小時的輸出功率預(yù)測。光伏發(fā)電功率預(yù)測超短期功率預(yù)測歷史實際出力基于凈空模型出力的歸一化處理歸一化的出力數(shù)據(jù)未來4小時功率預(yù)測值基于凈空模型出力的反歸一化處理 多元自回歸時間序列模型功率預(yù)測的歸一化值光伏發(fā)電功率預(yù)測系統(tǒng)基于D5000的新能源發(fā)電調(diào)度支持模塊各子模塊相互關(guān)系基于D5000的新能源發(fā)電調(diào)度支持模塊日前和日內(nèi)全網(wǎng)光伏接納空間日前和日內(nèi)光伏發(fā)電集中地區(qū)