疫情防控时期光伏发电对浙江电网安全稳定运行的影响及对策建议

疫情防控时期光伏发电对浙江电网安全稳定运行的影响及对策建议

黄立超，唐琦雯，赵良，杨冠军

（国网浙江省电力有限公司，杭州 310007）

（State Grid Zhejiang Electric Power Company，Hangzhou 310007，China）

摘 要：疫情防控期间，随着管控措施的升级，浙江电网用电负荷屡创近年来新低，期间省内天气晴朗，光伏多发，逼近甚至超过了浙江电网的新能源消纳能力。本文通过多方面的数据比较与分析，对光伏发电对大电网安全稳定运行的影响及应对策略进行了研究。

关键词：电网安全、最小开机方式、光伏发电、调峰

1 概述

2020年春节湖北省武汉市等多个地区

发生新型冠状病毒感染的肺炎疫情，随后全国各地陆续发现病例，各省市纷纷启动重大突发公共卫生事件一级响应，采取紧急措施以遏制疫情的蔓延。疫情防控期间，浙江电网负荷水平随着疫情管控措施的

升级而走低，同时因天气晴朗，省内光伏发

电电力多次超过700万千瓦，占当时浙江总负荷的25%以上，对浙江电网的安全稳定运行带来严重的安全隐患。

2 疫情防控对浙江电网的影响

疫情一级响应防控期间正是浙江电网由负荷水平较高的迎峰度冬运行方式逐步进入负荷水平较低的春节运行方式的特殊时期。

2.1浙江电网概况

图1-浙江电网装机情况（截止2019年底）

截止2019年年底，浙江发电装机总容量9759万千瓦，其中燃煤机组装机4808万千瓦，占比49.3%；以光伏为主的新能源装机1651万千瓦，占比16.9%，其中分布式光伏装机940万千瓦；燃气机组装机1215万千瓦，占比12.5%。

浙江电网通过两回±800千伏直流特高压线路与四川、宁夏电网相连，通过6回1000千伏交流特高压线路与安徽、上海、福建电网相连，另有9回500千伏交流超高压线路与华东另外三省一市相连，是运行特性复杂的交直流混联电网。

2.2 疫情防控加剧全省用电需求的下降

为了保障人民群众生命安全和身体健康，必须让疫情在最短时间内得到有效控制，正月伊始疫情防控管控措施进一步升级，社会用电负荷进一步的降低。

图2-2019/2020年正月浙江电网用电负荷对比图

图3-2019/2020年农历同期浙江日用电量对比图

由图2和图3可见，从2020年农历正月初四开始，电力负荷和用电量均逐渐降至更低，直至正月十二达到最低值，之后10天处于一个相对稳定的状态，到正月二十之后负荷才逐渐回升，但幅度小，趋势慢。可见：电力调度与负荷预测专业人员在理解政府文件的同时，需要仔细观察并调研社会实际复工情况，掌握负荷变化的趋势，才能合理安排机组启停以确保电网的平稳运行。

3 疫情防控约束火电供热机组运行调节范围

疫情防控一级响应措施的执行使得社会生产、消费活动几乎停滞，浙江电网的用电负荷也随之降低，因此为了满足电力系统的发用电平衡，浙江省调需要更近一步调减煤电机组的出力，确保电力系统的频率在合格范围内。

疫情期间，浙江省内在役的不少煤电机组承担着所在地区疫情防控重点物资生产企业的供热任务，如北仑电厂在役的1号机，承担着宁波区域的生产医用口罩、防护服、消毒液、疫情防控定点医院等防疫定点支援企业的供热任务。浙江省调按照省能源局的要求，确保上述发电机组出力在45%以上，满足这些企业全天24小时生产疫情防控物资的供热需求，确保生产的医疗物资以供全国使用。

疫情期间浙江省内在役的负责防疫医疗企业供热任务的煤电机组装机总容量为340万千瓦，最低技术出力为40%装机容量为136万千瓦。根据浙江省能源局的要求，浙江省调保障煤电机组最低45%出力，为153万千瓦，则机组调节范围为：153至340万千瓦。

4 疫情防控期间光伏发电对浙江电网运行的不利影响

本次疫情相比于春节对电网的影响，不仅电网负荷更低，而且时间远长于春节。浙江电网长时间运行在超低负荷水平，遇到天气晴朗的日子，浙江全额消纳新能源的能力就显得不足了。

4.1 光伏发电的发展状况

近年来，随着国家对于光伏发电相关优惠补贴政策及全额消纳新能源规定的出台，浙江省域内以光伏发电为主的新能源发电蓬勃发展，已经成为省内发电的第二大电源，而且目前浙江光伏电站仍在不断的发展建设中。

4.2 光伏发电的不确定性

光伏发电出力受天气情况、太阳能光照强度及环境温度影响较大，晴朗天气光伏电站出力形状类似正弦半波，非常光滑，出力集中在6点到18点之间，中午时分达到最大，而多云天气时由于受到云层遮挡，辐射度数据变化大，导致光伏电站出力短时间波动大。电力调度部门做好光伏发电的负荷预测对电力系统发用电平衡工作至关重要，然而在实际工作中，经常出现偏差较大的情况，究其原因除了相关专业人员的经验与技术技能因素以外，也存在着一些影响光伏发电出力的因素：

1）浙江全省拥有11个地级市，各地天气不尽相同，光伏电站分布分散，情况比较复杂；

2）气象部门天气预报不准，导致光伏出力预测不准.

4.3 光伏发电对浙江电网的影响

电力系统正常运行时，瞬时发电等于瞬时用电。 （Area Control Error）,即区域控制偏差，该参数可以反映该地区的发用电不平衡度。目前华东电网采用的 及发用电平衡计算公式为：

（1） （2）

式中 —省市联络线口子功率实际值，送出为正，送入为负；

—省市联络线口子功率计划值，送出为正，送入为负；

—频率响应系数， 2020年浙江省频率响应系数 =6956MW/Hz；

—系统频率实测值；

—系统基准频率（50Hz）；

—浙江省全社会口径负荷；

—浙江省调直调的除光伏机组以外机组的发电出力；

—浙江地县调调度的除光伏机组以外机组的发电出力；

—浙江省内光伏机组发电出力；

为负表示多受少送， 为正表示多送少受，是一个综合考虑联络线口子偏差和频率偏差的参数，2月份浙江省10分钟 平均值在±232之间为合格。

本文以2月9号为例进行分析，当天13:05全社会口径光伏出力最大达到731万千瓦，此时浙江全社会口径负荷为：2711万千瓦，光伏发电占比：27％，此时瞬时发电负荷 比瞬时用电负荷 大220万千瓦，使得频率 大于 。本文通过计算，发现9:00至15:30浙江电网负备用缺口严重，最多达到261万千瓦，具体见下表：

表1 2月9日浙江电网负荷及负备用明细表（单位：万千瓦）

4.4 浙江省调应对电网负备用缺口采取的措施

当天浙江省调自身挖掘负备用78万千瓦，接受上级调度支援调减省际联络线受电100万千瓦，省内发用电平衡仍然困难，12:30~14:30期间系统发电有功功率大于用电负荷，最多达100万千瓦，导致电网频率长时间超过50赫兹，最高至50.070赫兹，对电网安全稳定运行造成较大的安全隐患。

图4–2月9日浙江电网频率值

当日浙江电网负备用不足，发电大于用电，浙江电网省际联络线受电实际值 大于计划值 ，则 长时间超过232，最高达到1060，处于不合格范围。

图5-浙江省2月9日ACE计算值曲线图

由图6和图7可见， 和频率不仅出现了正偏差，同时也在部分时段（10:35左右）出现了负偏差，这是由于浙江接受了国调和华东总调的负备用支援，联络线功率发生变化，但此时省内发电机组退出AGC，处于深度调峰状态，使得电网负荷波动或联络线受电变化时无法进行相应的快速调节。

5 浙江电网应对光伏多发的应对策略建议

疫情一级响应防控期间，部分日子全省晴天光伏多发，省内发电机组和省际联络线调节手段用尽后，瞬时发电负荷仍然大于瞬时用电负荷，系统频率异常。为了给浙江电网留足充足的安全裕度，基于浙江电网在疫情一级响应防控时期的实际运行情况，笔者认为若遇到晴天，电网负备用不足且调度常规调峰手段用尽后（ 、 、 均无法再减小），可以采取以下应对措施，建议如下：

1、省调调度员可根据实际超发的电力值，以录音电话形式发令调减光伏发电出力 ；以2月9日为例，浙江电网在省内调峰手段用尽，且上级调度支援后，系统发电功率仍高于用电负荷，最多高出100万千瓦，可发令光伏电站调减光伏出力

100万千瓦，可使系统发电功率=用电负荷，系统频率恢复正常。

2、考虑在省调端安装省内光伏机组一键控制系统，由省调调度员根据系统当时实际多发有功负荷，输入调度指令切除“xx MW”出力，D5000系统自动按比例分配至各统调光伏电站及各地县调调度的光伏电站，实现出力调减，分配比例按照各个光伏电站的装机容量事先进行分摊。

3、未来可考虑安装电网安全自动装置，用以在电网高频状态下分阶段有序的切除新能源发电机组；设计将系统频率值、ace值、浙江省全社会口径光伏出力值、系统负荷接入该安全自动装置，在装置内经过计算，例如当系统负荷低于3000万千瓦、ace值大于500且全社会口径光伏出力占总负荷比例超过20%时，若系统频率超过50.07赫兹时间超过10秒，则该装置动作于切除光伏机组，频率回到50.05以内即止。

4、考虑在电网中安装可由调度员直接调用的储能设备，如：抽水蓄能、蓄电池等，在电网负备用紧缺时，考虑开动储能设备增加用电负荷，协助电网调峰。

5、考虑调度与营销协作，在系统负备用有缺口时，临时增开用电设备（如安排充电汽车充电）以临时增大系统用电负荷，协助电网调峰。

省调采取以上控制措施，则浙江电网省际联络线可在短时间内恢复正常， = ，系统频率恢复正常， 恢复正常范围内。否则随着省内光伏电站的继续建设，未来光伏发电对电网频率将会继续增大，甚至突破±0.1赫兹。

6 结语

目前，浙江省光伏电站仍在不断建设，因此可以预见未来春节、中秋、国庆等节假日期间，以光伏为主的新能源发电将会使浙江电网运行更加困难，超出了浙江电网乃至华东电网安全稳定运行为基础前提下的消纳能力，使得电网频率长时间处于50.05~50.07赫兹区间内，存在连锁故障的风险。因此，政府、电网和发电企业应该建立长效管理机制，在电网频率异常情况下必须及时调减光伏出力以确保系统发用电平衡，保证频率在合格范围内，为浙江电网留足充足的安全裕度，保障国家安全和民生福祉。

参考文献：

[1] 浙江电力调度通信中心.电力调度员上岗培训教程[M].北京:中国电力出版社.2011.

[2] 国家电力调度控制中心.电网调度运行实用技术问答[M].3版.北京:中国电力出版社,2015.

[3] 火力发电机组性能试验导则:DL/T 1616-2016[S].北京:中国电力出版社,2016.

[4] 张小聪.浙江电网宾金直流闭锁调度处置预案编制[J].浙江电力，2015，38（4）:7-10.

[5] 朱炳铨,倪秋龙,项中明,等.电网调度运行全过程风险跟踪与动态调控技术[J].电力建设，2018，39（2）:36-42.

[6] 钟旭.光伏并网发电系统有功无功综合控制研究[D].成都：西南交通大学，2011.

[7] 朱炳铨，谷炜，郑翔，叶聪琪，童存智. 省级电网实时自动运行技术研究综述2019，38（8）:8-16.

[8] 朱岚康，单宝旭，隋本刚.光伏电站参与电网频率调节技术的研究，2019，38（6）:118-122.

[9] 王茂贵.浙江省燃煤机组深度调峰综述[J].浙江电力，2019，38（4）:90-97.

[10] 蒋小亮，丁岩，全少理，等.光伏渗透率对电力系统频率影响及控制策略[J].武汉大学学报（工学版），2015，48（5）:686-670.

作者简介：

黄立超（1987），男，浙江诸暨人，工程师，硕士学位，从事电网调度运行与电网设备监控工作（E-mail:554850369@qq.com）