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1、1,- 1 -,光伏发电及调度运行的有关问题,光伏发电发展趋势,1,2,3,4,光伏发电原理及特性,光伏发电对电网调度运行的影响,光伏发电调度运行应对措施,结束语,5,4,一切可再生能源和化石能源均来源于太阳能。我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年17,000 亿吨标准煤。,我国太阳能分布及含量,光伏产业是全球能源科技和产业的重要发展方向，是具有巨大发展潜力的朝阳产业，也是我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。,国内外光伏装机容量,6,光伏发展迅速，截至2012年底，世界光伏装机101GW，我国7GW，占7%。2012年我国组件产量23GW，占世界总产量55%。,04-10年均增长62%20
2、11年以来增长更快,年均增长47.08%,世界光伏装机（MW),我国光伏装机（MW),燃煤电价上涨2%/年，光伏下降5%/年：中国在资源好的地区，光伏将在2023年在发电侧达到平价；,中国光伏平价发展路线图（发电侧）,用电电价上涨2%/年，光伏电价下降5%/年：中国在东部地区，光伏将分别在2016，2019和2023年在不同的用电侧达到平价；,中国光伏平价发展路线图（用电侧）,新能源发展远景规划目标,我国新能源发电接入的特点,太阳能光伏发电接入电网呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。,9,光伏发电发展趋势,1,2,3,4,光伏发电原理及特性,光伏发电对电网调度运行的影响,光伏发电调度运
3、行应对措施,结束语,5,10,反射30%,散射,吸收23%,直射,地面反射,太阳能的辐射传输模型,太阳常数：辐照度为1367 W/m2衰减系数： （光学厚度） 气体分子散射、气溶胶粒子散射、臭氧吸收、水汽吸收、气体分子吸收阳伞效应：云及不均匀水汽和气溶胶的反射效应,中国水平面太阳辐射分布图,Solar Resources in China: 4 classes,光谱特征（大气的光学特性）热水器：300-3000nm单晶硅电池：400-1100nm,太阳能利用方式选择,标准大气条件下300-3000nm：1324.4W/m2400-1100nm： 908.5W/m2两者相差：30%！,能见度,水
4、汽,太阳位置模型,光伏发电的出力特性,晴天,多云天,连续一周,光伏发电的波动性,辐照度实测曲线（多云天气）,辐照度实测曲线（晴朗天气）,光伏发电的波动性,光伏发电的开关机时间,西藏光伏发电开关机时间,宁夏光伏发电开关机时间,全年光伏发电日最大出力,西藏,宁夏,由于光伏板倾角为年最佳倾角，3月份日最大出力最高，6、7月份由于倾角关系以及阴雨天比较多，日最大出力受限，12月和1月日最大出力最低。,“光生伏打”效应,光伏发电原理,光伏发电原理,光伏发电原理,25,1954年美国贝尔实验室,光伏发电原理,光伏产业链及产业范围,太阳级硅材料制造,硅锭及硅片制造,电池制造,组件封装,系统工程,各环节专用材
5、料制造,光伏材料、器件、组件、系统的检测设备制造,各环节专用设备的制造业,光伏系统及系统平衡部件制造业,光伏发电原理,光伏发电原理,光伏发电原理,光伏发电原理,31,商品化的太阳能电池组件和效率,32,随着光伏电池温度的增加，开路电压减少，在20-100C范围，温度升高光伏电池的功率下降，典型功率温度系数为0.35%/C，即太阳电池温度每升高1C，功率减少0.35%。,光伏电池的温度特性,33,光伏电池的光电流与辐照度成正比，在辐照度由100W/m2-1000W/m2范围内，光电流始终随辐照度的增长而线性增长；辐照度对电压的影响很小，在温度固定的条件下，当辐照度在400W/m2-1000W/m
6、2范围内变化，光伏电池的开路电压基本保持恒定。,光伏电池的辐照度特性,34,理想等效电路 实际等效电路,光伏电池等效电路,光伏系统的发电特性,光-电转换方式为电池，无惯性直-交转换通过逆变器实现低电压/零电压穿越比风电更容易逆变器直流直流母线MPPT工作电压500-800V，采用1200V耐压的IGBT可以很容易实现1.2pu高电压穿越逆变器的有功/无功控制比风电容易电能质量问题大于风电,光伏系统的发电特性最大功率跟踪（MPPT）,36,光伏发电系统的暂态特性,无低电压穿越能力,36,电网电压跌落故障时的特性比较：,有功功率,无功功率,有低电压穿越能力,光伏电站,常规电厂提供紧急无功支撑；光伏
7、退出运行或无支撑能力。,光伏发电系统的频率特性,电网频率波动时的特性比较,常规火电机组,系统频率波动,光伏电站,常规电厂具备功-频响应特性；,光伏电站无惯量，出力无变化。,38,光伏发电特性小结,光伏发电的特性是由资源的特性和发电设备的特性决定的。,资源的特性,规律性间歇性波动性,发电设备的特性,谐波抗扰动能力差无惯性控制特性好于风电,39,光伏发电特性小结,关键指标,每万千瓦占地350-400亩（组件效率16-18%固定倾角）每平方公里可安装光伏容量4万千瓦（风电0.6万千瓦 ）每千瓦光伏电池用硅量7-9公斤生产每公斤硅料用电100-400千瓦时生产每千瓦光伏电池用电1000-4000千瓦时
8、光伏发电系统综合效率75-80%青藏高原光伏发电年利用小时数超过1900光伏发电系统寿命20年（电池效率衰减至80%）,光伏发电发展趋势,1,2,3,4,光伏发电特性,光伏发电对电网调度运行的影响,光伏发电调度运行应对措施,结束语,5,40,200MW光伏对调峰的影响,41,对电网调峰的影响,3200MW光伏对调峰的影响,42,1,2,3,对电网调峰的影响,峰谷差、峰谷差率变化及其分布,光伏安装200MWp时，穿透功率约为2.5光伏穿透功率很小，光伏电站的接入对等效负荷峰谷差和峰谷差率影响不大。,43,对电网调峰的影响,光伏安装3200MWp时，穿透功率约为18.9。光伏穿透功率增大，影响非常
9、明显，峰谷差率的变大使得电网调峰愈加困难。叠加前后峰谷差率变大范围在20以内。,峰谷差、峰谷差率变化及其分布,44,对电网调峰的影响,最大峰谷差率随穿透功率变化曲线,光伏容量小于负荷峰谷差，接入后系统的等效最大峰谷差率一直保持在20左右，光伏电站接入对系统调峰影响很小；光伏容量大于负荷峰谷差以后，最大峰谷差率随光伏穿透功率线性增大。,45,对电网调峰的影响,德国的情况,46,对电网调峰的影响,美国加州情况,47,对电网调峰的影响,48,对电压稳定的影响,电压波动范围超出运行要求（无补偿装置）,49,对电压稳定的影响,50,分布式光伏发电接入对配电网电压的影响,光伏接入前,光伏接入后,51,分布
10、式光伏发电接入对配电网电压的影响,光伏发电接入前后母线电压偏差幅度情况,（a）光伏接入前,（b）光伏接入后,分布式光伏发电的接入增大了母线电压波动幅度，需采取措施控制母线电压波动幅度，如利用光伏逆变器的无功-电压调节能力。,52,光伏接入引起电压越限,1.1pu,电压波动频繁,分布式光伏输出功率的随机性易造成电压波动和闪变。例：宁夏自治区拟在红寺堡镇3800户农村居民屋顶各安装4kW光伏，并通过220V分散接入，对用户及配电网电压质量带来大幅影响。,电压波动,原理分析,53,影响因素：分布式电源容量接入点距离导线截面功率因数,传统发电设备使用减少，系统惯性和频率调节能力下降，电压支撑能力降低（
11、无强励），电网有功和无功支持减少；故障情况下光伏电站的切除将使得系统可靠性大大降低；光伏电站出力变化及异常切除影响系统频率的稳定。,54,对暂态稳定的影响,55,光伏电站不具备低电压穿越能力,网内任一主要线路短路故障都将导致光伏电站脱网,电网频率大幅降低,问题？对于青海和藏中电网，这样的要求是否足够？,对暂态稳定的影响,56,对网内主要线路短路故障进行了扫描，表明220kV环网内的短路故障，将导致大部分光伏电站脱网，频率稳定问题依然突出。 要求光伏电站做到电压跌落至0.1pu时能够继续运行，甚至0电压穿越。,对暂态稳定的影响,对暂态稳定的影响,58,1型,2型,对电能质量的影响,59,光伏接入
12、前,对系统调频的影响,60,光伏接入后,对系统调频的影响,61,孤岛是分布式电源特有现象，在发电与负荷基本相当时不宜检测。,孤岛运行的危害：危及运行和检修人员的安全；重合闸导致设备损坏；孤岛供电质量差损坏用电设备。,孤岛问题,62,光伏发电孤岛检测失败，出现孤岛运行,孤岛问题,光伏发电发展趋势,1,2,3,4,光伏发电原理及特性,光伏发电对电网调度运行的影响,光伏发电调度运行应对措施,结束语,5,63,可再生能源法修正案第四章推广与应用第十四条：电网企业应当与按照可再生能源开发利用规划建设，依法取得行政许可或者报送备案的可再生能源发电企业签订并网协议，全额收购其电网覆盖范围内符合并网技术标准的
13、可再生能源并网发电项目的上网电量。发电企业有义务配合电网企业保障电网安全。,完善技术标准,正在制定的标准国标9项、行标18项、企标5项，主要有：,GB/T 19964 光伏发电站接入电力系统技术规定（修订） GB/T 29321 光伏发电站无功补偿技术规范 （国标） GB/T 29319光伏发电系统接入配电网技术规定 （国标） 光伏发电站接入电网检测规程 （国标） 光伏发电站并网运行控制规范 （国标） 光伏发电站低电压穿越检测技术规程 （行标） 光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程 （行标） 光伏发电站逆变器电能质量检测技术规程 （行标） ,完善技术标准,电网友好型光伏逆变器,66,快速控制
14、（ms级）拓展通讯功能控制有功、无功减少有功变化率补偿谐波,逆变器是光伏电站和电网之间相互沟通的桥梁，逆变器的功能：,更大的单体容量，更高的电压等级有功功率和无功功率的解耦控制更好的电能质量（谐波、间谐波、高次谐波）更强的抗干扰能力符合智能电网标准的网源互动技术,电网友好型光伏逆变器特性,有功功率降额；无功功率补偿；低电压穿越；频率响应；,电网友好型光伏逆变器,67,基于虚拟同步发电机的光伏并网发电控制 根据电网对光伏逆变器性能的要求,借鉴同步发电机的经典数学模型,设计的基于虚拟同步发电机特性的光伏发电并网控制逆变器。,68,电网友好型光伏电站,恒功率因数 无功调节 电压调节 暂态电压支撑,最
15、大功率输出 有功功率调节 频率响应,有扰动即脱网 低电压穿越能力及电网适应性,新能源优化调度是在满足电力系统安全稳定运行约束下，根据预测结果预留新能源发电运行空间，实现不弃新能源电量或少弃新能源电量。波动性新能源与调节欠灵活的火电增加了电力系统平衡难度，如何协调新能源消纳与电网安全运行是新能源优化调度的难点。,火电机组启机曲线,点火5小时 启机5小时 并网到满负荷5小时,69,新能源优化调度的目标与难点,某省级电网接纳1200MW光伏发电后限电结果,提高光伏发电接纳能力的调度运行措施,考虑预测后，系统光伏发电接纳能力增加约14%左右,年限电量不超过发电总量的3%，但系统接纳能力却提高了一倍,光
16、伏发电功率预测,71,功率预测,预测模型,数值天气预报,光伏发电功率预测短期功率预测,72,基于双向渐进滤波的净空模型构建方法,光伏发电净空模型,73,统计法基于“学习算法”，通过一种或多种算法建立NWP历史数据与测得的光伏电站历史输出功率数据之间的联系，再根据该关系式，由NWP数据对光伏电站输出功率进行预测。,光伏发电功率预测短期功率预测,74,根据光伏电站所处的地理位置，综合分析光伏电站内部光伏电池板、逆变器等多种设备的特性，得到光伏电站出力与数值天气预报的物理关系，对光伏电站的出力进行预测。,光伏发电功率预测短期功率预测,75,功率预测,预测模型,历史与实时功率、实测气象数据,数值天气预
17、报数据,光伏发电功率预测超短期功率预测,76,根据光伏电站的历史及实时的测量功率、实测气象数据及NWP数据，采用多元时间序列分析方法，动态挖掘历史数据和实时数据中的规律，实现对光伏电站未来0-4小时的输出功率预测。,光伏发电功率预测超短期功率预测,77,根据光伏电站的历史及实时的测量功率、实测气象数据及NWP数据，采用多元时间序列分析方法，动态挖掘历史数据和实时数据中的规律，实现对光伏电站未来0-4小时的输出功率预测。,光伏发电功率预测超短期功率预测,光伏发电功率预测系统,基于D5000的新能源发电调度支持模块,各子模块相互关系,基于D5000的新能源发电调度支持模块,日前和日内全网光伏接纳空
18、间日前和日内光伏发电集中地区光伏接纳空间,区域接纳空间,全网接纳空间,光伏发电接纳能力在线评估,发电机组输出功率上下限约束机组爬坡率约束区域常规电源出力约束断面潮流约束 机组负荷率约束,目标函数:,约束条件:,光伏接纳能力在线评估,光伏发电日前计划,光伏日内计划调整,AGC辅助控制,光伏发电调度计划方法,光伏计划上限考虑净空出力及功率预测误差,光伏发电调度计划,光伏发电发展趋势,1,2,3,4,光伏发电原理及特性,光伏发电对电网调度运行的影响,光伏发电调度运行应对措施,结束语,5,83,太阳能是未来最有发展潜力的可再生能源，我国的光伏发电开发模式呈现出大规模集中接入与分布式接入并举的特点。光伏发电出力具有规律性、随机性、波动性的特点，应重点关注其波动特性；光伏发电的控制特性好于风电。光伏发电并网后对电网调峰、调频、电压稳定和暂态稳定产生影响，应重点关注其对调频的影响及孤岛特性。通过完善技术标准、电网友好型逆变技术、电网友好型光伏电站控制技术 、建立基于预测的光伏发电调度运行技术支持系统，为大规模光伏接入后电网的安全稳定运行提供技术保障。,84,结束语,谢 谢！中国电力科学研究院 新能源所刘 纯13511005776,
