電能質(zhì)量報告

20MWp光伏發(fā)電項目電能質(zhì)量研究報告某公司二零一六年八月太原1、設(shè)計依據(jù)及設(shè)計原則 11.1設(shè)計依據(jù) 11.2依據(jù)的規(guī)程規(guī)范 11.3主要設(shè)計原則 21.4主要設(shè)計內(nèi)容 21.5建設(shè)規(guī)模 22、光伏電站項目概述 32.1光伏電站站址概況 32.2太陽能資源分析 32.3光伏電站的總體規(guī)劃方案 43、光伏電站接入系統(tǒng)方案 64、光伏項目對電能質(zhì)量的影響 84.1研究條件 84.2諧波 84.3電壓波動的計算 5.1諧波計算結(jié)論 5.2電壓波動評估結(jié)論 5.3評估結(jié)論 1、設(shè)計依據(jù)及設(shè)計原則1.1設(shè)計依據(jù)(1)山西省發(fā)展和改革委員會《關(guān)于同意某公司20兆瓦分布式光伏發(fā)電項目開展前期工作的函》(晉發(fā)改新能源函【2014】720號)。(2)國家及電力行業(yè)現(xiàn)行的各項規(guī)程規(guī)范。(3)某公司提供的各項基礎(chǔ)資料。1.2依據(jù)的規(guī)程規(guī)范《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》《電能質(zhì)量供電電壓偏差》《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》《電能計量裝置技術(shù)管理規(guī)定》《多功能電度表》《多功能電度表通信協(xié)議》《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》《光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》《地面光伏系統(tǒng)概述和導(dǎo)則》《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》《光伏發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護—導(dǎo)則》《光伏發(fā)電站低電壓穿越檢測技術(shù)規(guī)程》《光伏發(fā)電站電能質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》《光伏發(fā)電站無功補償技術(shù)規(guī)范》《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》《電力裝置的繼電保護和自動裝置設(shè)計規(guī)范》《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》國家電網(wǎng)公司二00九年頒發(fā)的《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定計算規(guī)定》國家電網(wǎng)公司《十八項電網(wǎng)重大反事故措施》1.3主要設(shè)計原則1)光伏電站規(guī)劃及本期建設(shè)容量：本工程規(guī)劃容量為20兆瓦，本期裝機容量為2)設(shè)計水平年：本工程計劃2017年投產(chǎn)，接入系統(tǒng)設(shè)計水平年選為2017年。1.4主要設(shè)計內(nèi)容1)臨汾地區(qū)電力系統(tǒng)現(xiàn)狀分析及某公司振發(fā)光伏發(fā)電項目接入系統(tǒng)設(shè)計；2)臨汾地區(qū)電力市場分析預(yù)測、裝機安排及電力電量平衡，論述臨汾振發(fā)光伏電站建設(shè)的必要性；3)振發(fā)光伏電站接入系統(tǒng)方案，相應(yīng)的電氣計算(潮流、穩(wěn)定、短路計算),分析對電力系統(tǒng)的影響；接入系統(tǒng)方案技術(shù)經(jīng)濟比較及接入系統(tǒng)的推薦方案；4)電力系統(tǒng)對光伏電站的主要技術(shù)要求。1.5建設(shè)規(guī)模光伏電站的規(guī)模主要考慮所在地區(qū)的太陽能資源、電力系統(tǒng)需求情況、項目開發(fā)建設(shè)條件等因素。從地區(qū)能源資源來看，臨汾是我國太陽能資源豐富的地區(qū)之一，臨汾市某公司縣多年年日照時數(shù)平均為2763小時，日照百分率為60%-80%,且陰雨天氣少、日照時間長、輻射強度高、大氣透明度好，屬于太陽輻射高值區(qū)，非常適宜建設(shè)光伏電站。某公司振發(fā)光伏發(fā)電站規(guī)劃裝機容量為20MWp,本期一次建成。分為20個光伏陣列模塊，每個模塊裝機1MWp;采用500kw逆變器及升壓變升壓至35kv后，通過電纜匯集至匯集站后接入電力系統(tǒng)。第3頁2、光伏電站項目概述2.1光伏電站站址概況某公司振發(fā)新能源科技有限公司20MWp光伏發(fā)電項目位于臨汾市某公司縣男西賈沙向村。工程規(guī)劃容量20MWp。總面積1034平方公里。公鐵立交橋項目所在地陳郭村圖2.1.1振發(fā)光伏電站站址地理位置圖2.2太陽能資源分析某公司縣振發(fā)20MWp光伏發(fā)電項目所在地點全年平均日照時數(shù)約為2763.95小時，太陽能資源豐富，年平均太陽輻射量比較穩(wěn)定，屬于太陽能輻射資源豐富區(qū)域，能夠為光伏電站提供充足的光照資源，實現(xiàn)社會、環(huán)境和經(jīng)濟效益。山西省有3個太陽輻射觀測站，即：大同氣象站(三級站)、太原氣象站(二級站)、侯馬氣象站(三級站)。距離本工程擬建廠址較近且有太陽輻射觀測業(yè)務(wù)的是侯馬氣象站。本工程擬建廠址距離侯馬氣象站約為25km。分析兩處地貌條件基本相似，同屬黃土丘陵地帶，故本次選用侯馬氣象站多年觀測資料，經(jīng)分析統(tǒng)計后，代替站址處氣象條件。采用MeteoNom6與侯馬氣象站觀測的輻量資料進行比較，最終確定項目所在地太陽能輻射數(shù)據(jù)。(六月八月九月十一月十二月月平均數(shù)馬圖2.2.1侯馬氣象站輻射量實測值由圖可知，項目所在地太陽能資源各月分布起伏較大，最低位12月，為2.01KWh/m2/日；最高為6月份，為5.17KWh/m2/日。由于沒有長期輻射量觀測數(shù)據(jù)，所以此處不對輻射量做修正。建議有長期輻射量觀測數(shù)據(jù)后，對太陽輻射量作復(fù)核和修正。從計算得到的電站所在地的年總輻射量為4861.8MJ/m2(1350.5kWh/m2)。綜上所述，某公司縣振發(fā)20MWp光伏電站所在地太陽輻射量為全國Ⅱ類地區(qū)，這里海拔較高，空氣通透性好，太陽輻射量較高。適宜大規(guī)模光伏電站的開發(fā)和建設(shè)。2.3光伏電站的總體規(guī)劃方案本工程以1個1000kWp為一個光伏發(fā)電單元的設(shè)計方案，共有20個發(fā)電單元，本光伏電站采用1MWp為一個子方陣的設(shè)計方案，每500kWp太陽能電池方陣與一臺500kWp逆變器構(gòu)成一個小光伏發(fā)電單元。每兩個發(fā)電單元共用1臺1250kVA雙分裂升壓變壓器(變比為38.5±2×2.5%/0.315-0.0.315kV)升壓至35kV,每5臺升壓變壓器“T”接組成1回集電線路，本期共有4回集電線路；集電線路匯集至35kV開關(guān)站母線后經(jīng)一回線路引出接入電網(wǎng)。2.3.1光伏設(shè)備技術(shù)參數(shù)1)太陽能電池組件的選擇：目前國內(nèi)的光伏組件生產(chǎn)主要是以單晶硅、多晶硅太陽能電池為主，單晶硅太陽電池、多晶硅太陽電池及非晶硅薄膜太陽電池占整個光伏發(fā)電市場的90%以上，而非晶硅薄膜太陽電池組件近年來的發(fā)展非常快。單晶硅具有以下特點：單晶硅電池片電池效率在13%-22%左右，材料制造簡便，第5頁節(jié)約電耗，組件故障率極低，自身免維護，傾斜或平鋪于建筑屋頂或開闊場地，安裝簡單，布置緊湊，節(jié)約場地，但成本居高不下。多晶硅具有以下特點：具有穩(wěn)定高效的光電轉(zhuǎn)換效率在12%-17%左右，表面覆深藍色氮化硅減反膜，顏色均勻美觀，高品質(zhì)的銀和銀鋁漿料，確保良好的導(dǎo)電性，可靠的附著力和很好的電極可焊性，高精度的絲網(wǎng)印刷圖形和高平整度，使得電池易于自動焊接和激光切割，總成本相對較低。綜上所述，多晶硅電陽能電池具有其獨特的優(yōu)勢，本工程擬采用多晶硅太陽能電池組件。目前國內(nèi)光伏組件生產(chǎn)廠家年銷售報表選擇使用150組件效率、技術(shù)成熟性、市場占有率，以采購訂貨時的可選擇余地，本工程推薦選用3)支架選型：光伏系統(tǒng)方陣支架的類型有簡單的固定支架和復(fù)雜的跟蹤系統(tǒng)。跟蹤系統(tǒng)可以精確的移動以使太陽入射光線射到方陣表面上的入射角最小，使太陽入射的輻射強度最大。就其性價比來說，太陽能跟蹤的方陣性價比要優(yōu)于固定的方陣，但跟蹤系統(tǒng)的運行成本會明顯高于固定系統(tǒng)。本工程的多晶硅光伏組件安裝方式推薦采4)安裝角度：本電站擬考慮光伏陣列安裝傾角為30°。5)逆變器容量：本工程選用500kW的逆變器，每2臺逆變器組合在一個箱體里安裝，整個工程共配20面逆變器箱體。2.3.2光伏發(fā)電站年上網(wǎng)電量本項目建設(shè)規(guī)模為20MWp,20MWp光伏電站共分為20個陣列，每個陣列裝置配置每22個組件串聯(lián)成一個光伏組件串，16個組件單元匯入1個匯流箱，6個匯流箱接至一個集中式逆變器。每個陣列中，由2個集中式逆變器接入一臺1250kVA箱變。對發(fā)電量進行統(tǒng)計計算，系統(tǒng)的總效率取78.3%,每年衰減0.8%,則25年總發(fā)電量約為69404.26萬千瓦時，年平均發(fā)電量約為2330.8萬千瓦時，平均年等效利用小時數(shù)為1176h。3、光伏電站接入系統(tǒng)方案根據(jù)某公司振發(fā)新能源科技有限公司20MWp光伏發(fā)電項目接入系統(tǒng)設(shè)計報告，光伏發(fā)電項目接入系統(tǒng)方案如下：方案一：光伏電站35kV母線引一回35kV線路接至某公司110kV變電站35kV母線，選用JL/G1A-240/30鋼芯鋁絞線，線路長度約為13公里。堯都楊談x30安居臨汾翔山鄭莊張禮涂濱紫金山圖1方案一示意圖方案二：光伏電站35kV母線引一回35kV線路接至楊談110kV變電站35kV母線，選用JL/G1A-240/30鋼芯鋁絞線，線路長度約為8公里。第8頁4、光伏項目對電能質(zhì)量的影響4.1研究條件計算水平年為2017年，計算網(wǎng)絡(luò)和負荷采用2017年電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)。(1)山西電網(wǎng)火力發(fā)電機模型采用考慮勵磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)的詳細模型；(2)負荷模型為40%恒阻抗+60%感應(yīng)馬達模型；諧波問題是風(fēng)電并網(wǎng)引起的其中一個電能質(zhì)量問題。不論何種類型的風(fēng)電機組，發(fā)電機本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的真正來源是風(fēng)電機組中的電力電子元件。對于恒速風(fēng)電機組來說，在持續(xù)運行過程中沒有電力電子元件的參與，因而也沒有諧波電流的產(chǎn)生；當(dāng)機組進行投入操作時，軟并網(wǎng)裝置處于工作狀態(tài)，將產(chǎn)生部分諧波電流，但由于投入過程較短，這時的諧波電流注入實際上是可以忽略的。真正需要考慮諧波干擾的是變速恒頻風(fēng)電機組，這是因為其中的變流器始終處于工作狀態(tài)，諧波電流大小與輸出功率基本呈線性關(guān)系，也就是與風(fēng)速大小有關(guān)。在正常狀態(tài)下，諧波干擾的程度取決于變流器裝置的結(jié)構(gòu)及其濾波裝置狀況，同時與電網(wǎng)的短路容量4.2.2注入電網(wǎng)諧波允許值按照國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93)中的有關(guān)要求，電網(wǎng)公共連接點諧波電壓允許限值為：公用電網(wǎng)諧波電壓限值(相電壓)電網(wǎng)標(biāo)稱電壓電壓總諧波畸變率各次諧波電壓含有率(%)奇次偶次6注入公共連接點的諧波電流允許值為：注入35kV電網(wǎng)公共連接點的諧波電流允許值基準(zhǔn)短路容量諧波次數(shù)23456789諧波電流諧波次數(shù)諧波電流國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93)規(guī)定了每個電力用戶按照其用電協(xié)議容量可以注入系統(tǒng)的諧波電流的允許值的計算方法。國標(biāo)規(guī)定的注入公共連接點(PCC)的諧波電流允許值如表4.2-10(下一頁)所示。按國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93)規(guī)定，當(dāng)公共連接點的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時，應(yīng)按國標(biāo)規(guī)定進行換算，換算公式如下：按國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》(GB/T14549-93規(guī)定，同一公共連接點(PCC)的每個用戶向電網(wǎng)注入的諧波電流允許值按此用戶在該點的用電協(xié)議容量與公共連接點的供電設(shè)備容量之比進行分配。在公共連接點處第i個用戶的第h次諧波電α_相位迭加系數(shù).4.2.3光伏項目注入電網(wǎng)諧波計算4.2.3.1濾波器基本參數(shù)單臺濾波器輸入電網(wǎng)的諧波電流值表4.2-323456789方案一：光伏電站35kV母線引一回35kV線路接至某公司110kV變電站35kV母線，選系統(tǒng)小方式下，光伏電站(20MNp)注入光伏電站35kV母線的諧波電流及引起的諧波電壓如表4.2-4所示。表4.2-4:方案一光伏電站35kV母線的各次諧波電流及引起的諧波電壓第12頁方式光伏電站20MWp不考慮濾波考慮濾波諧波次數(shù)注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率23456789第13頁電壓總諧波畸變率THDu系統(tǒng)小方式下，光伏電站(20MWp)注入某公司110kV變電站35kV母線的諧波電流及引起的諧波電壓如表4.2-5所示。表4.2-5:方案一光伏電站注入系統(tǒng)的各次諧波電流及引起的諧波電壓方式光伏電站20MWp不考慮濾波考慮濾波諧波次數(shù)注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率23456789電壓總諧波畸變率THD系統(tǒng)小方式下，光伏電站(20MWp)注入光伏電站35kV母線的諧波電流及引起的諧波電壓如表4.2-6所示。表4.2-6:方案二光伏電站35kV母線的各次諧波電流及引起的諧波電壓方式光伏電站20MWp不考慮濾波考慮濾波諧波次數(shù)注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率23456789第16頁2電壓總諧波畸變率THD系統(tǒng)小方式下，光伏電站(20MWp)注入楊談110kV變電站35kV母線的諧波電流及引起的諧波電壓如表4.2-7所示。表4.2-7:方案二光伏電站注入系統(tǒng)的各次諧波電流及引起的諧波電壓方式光伏電站20MWp不考慮濾波考慮濾波諧波次數(shù)注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率注入光伏35kV母線的諧波電光伏35kV母線諧波電壓含有率2345678第17頁9電壓總諧波畸變率THD方案一，當(dāng)光伏發(fā)電項目以35kV電壓接入接入某公司110kV站的35kV母線，站35kV母線電壓總諧波畸變率(THD)和光伏電站注入接入點的諧波電流較大。當(dāng)無功補償裝置帶有濾波功能，電壓總諧波畸變率(THD)和光伏電站注入接入點的諧波電流方案二，當(dāng)光伏發(fā)電項目以35kV電壓接入接入楊談110kV站的35kV母線，光伏電站35kV母線電壓總諧波畸變率(THD)和光伏電站注入接入點的諧波電流較大。當(dāng)無功補償裝置帶有濾波功能，電壓總諧波畸變率(THD)和光伏電站注入接入點的諧波電流均降低，均未超過允許值。標(biāo)準(zhǔn)的限值。風(fēng)電場注入接入點的諧波電流未超過接入點母線允許的諧波電流。第18頁4.3電壓波動的計算電壓波動問題是光伏電站并網(wǎng)引起的另外一個主要電能質(zhì)量問題。隨著越來越多的光伏電站并網(wǎng)運行，光伏電站對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響引起了廣泛關(guān)注。光伏電站在變動的光照作用下，其功率輸出具有變動的特性，可能引起所接入系統(tǒng)的某些節(jié)點(如并網(wǎng)點)的電壓波動。4.3.2電壓波動的允許值按照GB12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動和閃變》中規(guī)定了由波動性負荷產(chǎn)生的電壓變動限值和變動頻度、電壓等級的關(guān)系，見表4.3-1。對于風(fēng)電場引起的電壓變動而言，其頻度可以按照r<1考慮，也就是說考核光伏電站接入點及其臨近節(jié)點的電壓變動，一般可按不超過3%考慮。電壓波動限制值表4.3-1r/(次/h)433214.3.3.1計算條件a.考慮電網(wǎng)正常運行方式、光伏電站功率為1.0以及光伏電站輸出功率從零到滿發(fā)情況；b.穩(wěn)態(tài)電壓波動計算網(wǎng)絡(luò)同潮流計算網(wǎng)絡(luò)；4.3.3.2仿真計算結(jié)果及分析方案一：光伏電站35kV母線引一回35kV線路接至某公司110kV變電站35kV母線，選用JL/G1A-240/30鋼芯鋁絞線，線路長度約為13公里。運行方式：臨汾電網(wǎng)均勻開停機，電網(wǎng)正常接線方式?？紤]光伏電站功率因數(shù)在1.0情況下，光伏電站輸出功率從零到滿發(fā)的變化過程第19頁中，在光伏電站升壓變低壓側(cè)未投入無功補償和投入無功補償?shù)那闆r下，光伏電站接入點母線電壓隨光伏電站輸出功率的變化曲線，穩(wěn)態(tài)電壓的變化曲線分別見圖4.3-1~方案二：光伏電站35kV母線引一回35kV線路接至楊談110kV變電站35kV母線，選用JL/G1A-240/30鋼芯鋁絞線，線路長度約為8公里。運行方式：全省均勻開停機，電網(wǎng)正常接線方式?？紤]光伏電站功率因數(shù)在1.0情況下，光伏電站輸出功率從零到滿發(fā)的變化過程中，在光伏電站升壓變低壓側(cè)未投入無功補償和投入無功補償?shù)那闆r下，光伏電站接入點母線電壓隨光伏電站輸出功率的變化曲線，穩(wěn)態(tài)電壓的變化曲線分別見圖4.3-3~第20頁圖4.3-3楊談110kV站35kV母線電壓隨輸出功率的變化曲線(無功補償未投)圖4.3-4楊談110kV站35kV母線電壓隨輸出功率的變化曲線