电能质量报告

20MWp光伏发电项目电能质量研究报告某公司二零一六年八月太原1、设计依据及设计原则 11.1设计依据 11.2依据的规程规范 11.3主要设计原则 21.4主要设计内容 21.5建设规模 22、光伏电站项目概述 32.1光伏电站站址概况 32.2太阳能资源分析 32.3光伏电站的总体规划方案 43、光伏电站接入系统方案 64、光伏项目对电能质量的影响 84.1研究条件 84.2谐波 84.3电压波动的计算 5.1谐波计算结论 5.2电压波动评估结论 5.3评估结论 1、设计依据及设计原则1.1设计依据(1)山西省发展和改革委员会《关于同意某公司20兆瓦分布式光伏发电项目开展前期工作的函》(晋发改新能源函【2014】720号)。(2)国家及电力行业现行的各项规程规范。(3)某公司提供的各项基础资料。1.2依据的规程规范《电能质量电压波动和闪变》《电能质量三相电压不平衡》《电能质量公用电网谐波》《电能质量供电电压偏差》《电能质量监测设备通用要求》《电能质量公用电网间谐波》《电能计量装置技术管理规定》《多功能电度表》《多功能电度表通信协议》《光伏系统并网技术要求》《光伏系统电网接口特性》《地面光伏系统概述和导则》《光伏发电站设计规范》《光伏发电站设计规范》《光伏发电系统的过电压保护—导则》《光伏发电站低电压穿越检测技术规程》《光伏发电站电能质量检测技术规程》《光伏发电站无功补偿技术规范》《继电保护和安全自动装置技术规程》《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》《电力系统安全稳定导则》《电力系统技术导则》国家电网公司二00九年颁发的《国家电网公司电力系统安全稳定计算规定》国家电网公司《十八项电网重大反事故措施》1.3主要设计原则1)光伏电站规划及本期建设容量：本工程规划容量为20兆瓦，本期装机容量为2)设计水平年：本工程计划2017年投产，接入系统设计水平年选为2017年。1.4主要设计内容1)临汾地区电力系统现状分析及某公司振发光伏发电项目接入系统设计；2)临汾地区电力市场分析预测、装机安排及电力电量平衡，论述临汾振发光伏电站建设的必要性；3)振发光伏电站接入系统方案，相应的电气计算(潮流、稳定、短路计算),分析对电力系统的影响；接入系统方案技术经济比较及接入系统的推荐方案；4)电力系统对光伏电站的主要技术要求。1.5建设规模光伏电站的规模主要考虑所在地区的太阳能资源、电力系统需求情况、项目开发建设条件等因素。从地区能源资源来看，临汾是我国太阳能资源丰富的地区之一，临汾市某公司县多年年日照时数平均为2763小时，日照百分率为60%-80%,且阴雨天气少、日照时间长、辐射强度高、大气透明度好，属于太阳辐射高值区，非常适宜建设光伏电站。某公司振发光伏发电站规划装机容量为20MWp,本期一次建成。分为20个光伏阵列模块，每个模块装机1MWp;采用500kw逆变器及升压变升压至35kv后，通过电缆汇集至汇集站后接入电力系统。第3页2、光伏电站项目概述2.1光伏电站站址概况某公司振发新能源科技有限公司20MWp光伏发电项目位于临汾市某公司县男西贾沙向村。工程规划容量20MWp。总面积1034平方公里。公铁立交桥项目所在地陈郭村图2.1.1振发光伏电站站址地理位置图2.2太阳能资源分析某公司县振发20MWp光伏发电项目所在地点全年平均日照时数约为2763.95小时，太阳能资源丰富，年平均太阳辐射量比较稳定，属于太阳能辐射资源丰富区域，能够为光伏电站提供充足的光照资源，实现社会、环境和经济效益。山西省有3个太阳辐射观测站，即：大同气象站(三级站)、太原气象站(二级站)、侯马气象站(三级站)。距离本工程拟建厂址较近且有太阳辐射观测业务的是侯马气象站。本工程拟建厂址距离侯马气象站约为25km。分析两处地貌条件基本相似，同属黄土丘陵地带，故本次选用侯马气象站多年观测资料，经分析统计后，代替站址处气象条件。采用MeteoNom6与侯马气象站观测的辐量资料进行比较，最终确定项目所在地太阳能辐射数据。(六月八月九月十一月十二月月平均数马图2.2.1侯马气象站辐射量实测值由图可知，项目所在地太阳能资源各月分布起伏较大，最低位12月，为2.01KWh/m²/日；最高为6月份，为5.17KWh/m²/日。由于没有长期辐射量观测数据，所以此处不对辐射量做修正。建议有长期辐射量观测数据后，对太阳辐射量作复核和修正。从计算得到的电站所在地的年总辐射量为4861.8MJ/m²(1350.5kWh/m²)。综上所述，某公司县振发20MWp光伏电站所在地太阳辐射量为全国Ⅱ类地区，这里海拔较高，空气通透性好，太阳辐射量较高。适宜大规模光伏电站的开发和建设。2.3光伏电站的总体规划方案本工程以1个1000kWp为一个光伏发电单元的设计方案，共有20个发电单元，本光伏电站采用1MWp为一个子方阵的设计方案，每500kWp太阳能电池方阵与一台500kWp逆变器构成一个小光伏发电单元。每两个发电单元共用1台1250kVA双分裂升压变压器(变比为38.5±2×2.5%/0.315-0.0.315kV)升压至35kV,每5台升压变压器“T”接组成1回集电线路，本期共有4回集电线路；集电线路汇集至35kV开关站母线后经一回线路引出接入电网。2.3.1光伏设备技术参数1)太阳能电池组件的选择：目前国内的光伏组件生产主要是以单晶硅、多晶硅太阳能电池为主，单晶硅太阳电池、多晶硅太阳电池及非晶硅薄膜太阳电池占整个光伏发电市场的90%以上，而非晶硅薄膜太阳电池组件近年来的发展非常快。单晶硅具有以下特点：单晶硅电池片电池效率在13%-22%左右，材料制造简便，第5页节约电耗，组件故障率极低，自身免维护，倾斜或平铺于建筑屋顶或开阔场地，安装简单，布置紧凑，节约场地，但成本居高不下。多晶硅具有以下特点：具有稳定高效的光电转换效率在12%-17%左右，表面覆深蓝色氮化硅减反膜，颜色均匀美观，高品质的银和银铝浆料，确保良好的导电性，可靠的附着力和很好的电极可焊性，高精度的丝网印刷图形和高平整度，使得电池易于自动焊接和激光切割，总成本相对较低。综上所述，多晶硅电阳能电池具有其独特的优势，本工程拟采用多晶硅太阳能电池组件。目前国内光伏组件生产厂家年销售报表选择使用150组件效率、技术成熟性、市场占有率，以采购订货时的可选择余地，本工程推荐选用3)支架选型：光伏系统方阵支架的类型有简单的固定支架和复杂的跟踪系统。跟踪系统可以精确的移动以使太阳入射光线射到方阵表面上的入射角最小，使太阳入射的辐射强度最大。就其性价比来说，太阳能跟踪的方阵性价比要优于固定的方阵，但跟踪系统的运行成本会明显高于固定系统。本工程的多晶硅光伏组件安装方式推荐采4)安装角度：本电站拟考虑光伏阵列安装倾角为30°。5)逆变器容量：本工程选用500kW的逆变器，每2台逆变器组合在一个箱体里安装，整个工程共配20面逆变器箱体。2.3.2光伏发电站年上网电量本项目建设规模为20MWp,20MWp光伏电站共分为20个阵列，每个阵列装置配置每22个组件串联成一个光伏组件串，16个组件单元汇入1个汇流箱，6个汇流箱接至一个集中式逆变器。每个阵列中，由2个集中式逆变器接入一台1250kVA箱变。对发电量进行统计计算，系统的总效率取78.3%,每年衰减0.8%,则25年总发电量约为69404.26万千瓦时，年平均发电量约为2330.8万千瓦时，平均年等效利用小时数为1176h。3、光伏电站接入系统方案根据某公司振发新能源科技有限公司20MWp光伏发电项目接入系统设计报告，光伏发电项目接入系统方案如下：方案一：光伏电站35kV母线引一回35kV线路接至某公司110kV变电站35kV母线，选用JL/G1A-240/30钢芯铝绞线，线路长度约为13公里。尧都杨谈x30安居临汾翔山郑庄张礼涂滨紫金山图1方案一示意图方案二：光伏电站35kV母线引一回35kV线路接至杨谈110kV变电站35kV母线，选用JL/G1A-240/30钢芯铝绞线，线路长度约为8公里。第8页4、光伏项目对电能质量的影响4.1研究条件计算水平年为2017年，计算网络和负荷采用2017年电网规划数据。(1)山西电网火力发电机模型采用考虑励磁系统和调速器系统的详细模型；(2)负荷模型为40%恒阻抗+60%感应马达模型；谐波问题是风电并网引起的其中一个电能质量问题。不论何种类型的风电机组，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中的电力电子元件。对于恒速风电机组来说，在持续运行过程中没有电力电子元件的参与，因而也没有谐波电流的产生；当机组进行投入操作时，软并网装置处于工作状态，将产生部分谐波电流，但由于投入过程较短，这时的谐波电流注入实际上是可以忽略的。真正需要考虑谐波干扰的是变速恒频风电机组，这是因为其中的变流器始终处于工作状态，谐波电流大小与输出功率基本呈线性关系，也就是与风速大小有关。在正常状态下，谐波干扰的程度取决于变流器装置的结构及其滤波装置状况，同时与电网的短路容量4.2.2注入电网谐波允许值按照国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93)中的有关要求，电网公共连接点谐波电压允许限值为：公用电网谐波电压限值(相电压)电网标称电压电压总谐波畸变率各次谐波电压含有率(%)奇次偶次6注入公共连接点的谐波电流允许值为：注入35kV电网公共连接点的谐波电流允许值基准短路容量谐波次数23456789谐波电流谐波次数谐波电流国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93)规定了每个电力用户按照其用电协议容量可以注入系统的谐波电流的允许值的计算方法。国标规定的注入公共连接点(PCC)的谐波电流允许值如表4.2-10(下一页)所示。按国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93)规定，当公共连接点的最小短路容量不同于基准短路容量时，应按国标规定进行换算，换算公式如下：按国家标准《电能质量公用电网谐波》(GB/T14549-93规定，同一公共连接点(PCC)的每个用户向电网注入的谐波电流允许值按此用户在该点的用电协议容量与公共连接点的供电设备容量之比进行分配。在公共连接点处第i个用户的第h次谐波电α_相位迭加系数.4.2.3光伏项目注入电网谐波计算4.2.3.1滤波器基本参数单台滤波器输入电网的谐波电流值表4.2-323456789方案一：光伏电站35kV母线引一回35kV线路接至某公司110kV变电站35kV母线，选系统小方式下，光伏电站(20MNp)注入光伏电站35kV母线的谐波电流及引起的谐波电压如表4.2-4所示。表4.2-4:方案一光伏电站35kV母线的各次谐波电流及引起的谐波电压第12页方式光伏电站20MWp不考虑滤波考虑滤波谐波次数注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率23456789第13页电压总谐波畸变率THDu系统小方式下，光伏电站(20MWp)注入某公司110kV变电站35kV母线的谐波电流及引起的谐波电压如表4.2-5所示。表4.2-5:方案一光伏电站注入系统的各次谐波电流及引起的谐波电压方式光伏电站20MWp不考虑滤波考虑滤波谐波次数注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率23456789电压总谐波畸变率THD系统小方式下，光伏电站(20MWp)注入光伏电站35kV母线的谐波电流及引起的谐波电压如表4.2-6所示。表4.2-6:方案二光伏电站35kV母线的各次谐波电流及引起的谐波电压方式光伏电站20MWp不考虑滤波考虑滤波谐波次数注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率23456789第16页2电压总谐波畸变率THD系统小方式下，光伏电站(20MWp)注入杨谈110kV变电站35kV母线的谐波电流及引起的谐波电压如表4.2-7所示。表4.2-7:方案二光伏电站注入系统的各次谐波电流及引起的谐波电压方式光伏电站20MWp不考虑滤波考虑滤波谐波次数注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率注入光伏35kV母线的谐波电光伏35kV母线谐波电压含有率2345678第17页9电压总谐波畸变率THD方案一，当光伏发电项目以35kV电压接入接入某公司110kV站的35kV母线，站35kV母线电压总谐波畸变率(THD)和光伏电站注入接入点的谐波电流较大。当无功补偿装置带有滤波功能，电压总谐波畸变率(THD)和光伏电站注入接入点的谐波电流方案二，当光伏发电项目以35kV电压接入接入杨谈110kV站的35kV母线，光伏电站35kV母线电压总谐波畸变率(THD)和光伏电站注入接入点的谐波电流较大。当无功补偿装置带有滤波功能，电压总谐波畸变率(THD)和光伏电站注入接入点的谐波电流均降低，均未超过允许值。标准的限值。风电场注入接入点的谐波电流未超过接入点母线允许的谐波电流。第18页4.3电压波动的计算电压波动问题是光伏电站并网引起的另外一个主要电能质量问题。随着越来越多的光伏电站并网运行，光伏电站对电网电能质量的影响引起了广泛关注。光伏电站在变动的光照作用下，其功率输出具有变动的特性，可能引起所接入系统的某些节点(如并网点)的电压波动。4.3.2电压波动的允许值按照GB12326-2008《电能质量电压波动和闪变》中规定了由波动性负荷产生的电压变动限值和变动频度、电压等级的关系，见表4.3-1。对于风电场引起的电压变动而言，其频度可以按照r<1考虑，也就是说考核光伏电站接入点及其临近节点的电压变动，一般可按不超过3%考虑。电压波动限制值表4.3-1r/(次/h)433214.3.3.1计算条件a.考虑电网正常运行方式、光伏电站功率为1.0以及光伏电站输出功率从零到满发情况；b.稳态电压波动计算网络同潮流计算网络；4.3.3.2仿真计算结果及分析方案一：光伏电站35kV母线引一回35kV线路接至某公司110kV变电站35kV母线，选用JL/G1A-240/30钢芯铝绞线，线路长度约为13公里。运行方式：临汾电网均匀开停机，电网正常接线方式。考虑光伏电站功率因数在1.0情况下，光伏电站输出功率从零到满发的变化过程第19页中，在光伏电站升压变低压侧未投入无功补偿和投入无功补偿的情况下，光伏电站接入点母线电压随光伏电站输出功率的变化曲线，稳态电压的变化曲线分别见图4.3-1~方案二：光伏电站35kV母线引一回35kV线路接至杨谈110kV变电站35kV母线，选用JL/G1A-240/30钢芯铝绞线，线路长度约为8公里。运行方式：全省均匀开停机，电网正常接线方式。考虑光伏电站功率因数在1.0情况下，光伏电站输出功率从零到满发的变化过程中，在光伏电站升压变低压侧未投入无功补偿和投入无功补偿的情况下，光伏电站接入点母线电压随光伏电站输出功率的变化曲线，稳态电压的变化曲线分别见图4.3-3~第20页图4.3-3杨谈110kV站35kV母线电压随输出功率的变化曲线(无功补偿未投)图4.3-4杨谈110kV站35kV母线电压随输出功率的变化曲线