電能質(zhì)量報告

1、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 太原目 錄1、設計依據(jù)及設計原則11.1設計依據(jù)11.2依據(jù)的規(guī)程規(guī)范11.3主要設計原則21.4主要設計內(nèi)容21.5建設規(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185 、結(jié)論225.1諧波計算結(jié)論225.2電壓波動評估結(jié)論225.3評估結(jié)論221、設計依據(jù)及設計原則1.1設計依據(jù)（1） 山西省發(fā)展和改革委員會關于同意某公司20兆瓦分布式光伏發(fā)電項目開展前期工作的

2、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資料。1.2依據(jù)的規(guī)程規(guī)范GB/T12326 電能質(zhì)量 電壓波動和閃變GB/T15543 電能質(zhì)量 三相電壓不平衡GB/T14549 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波GB/T12325 電能質(zhì)量 供電電壓偏差GB/T19862 電能質(zhì)量監(jiān)測設備通用要求GB/T24337 電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波GB/T448 電能計量裝置技術管理規(guī)定GB/T614 多功能電度表GB/T645 多功能電度表通信協(xié)議GB/T19939-2005 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求GB/T 20046-2006 光伏系統(tǒng)電網(wǎng)接口特

3、性GB/T18479-2001 地面光伏系統(tǒng)概述和導則GB/T19964-2012 光伏發(fā)電站設計規(guī)范GB 50797-2012 光伏發(fā)電站設計規(guī)范SJ/T11127-1997 光伏發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護導則NB/T32005-2013 光伏發(fā)電站低電壓穿越檢測技術規(guī)程NB/T32006-2013 光伏發(fā)電站電能質(zhì)量檢測技術規(guī)程GB/T29321-2012 光伏發(fā)電站無功補償技術規(guī)范GB/T14285-2006 繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程GB/T50062-2008 電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規(guī)范DL755-2001 電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則DL/T5202-2004 電能量計量系統(tǒng)設計技

4、術規(guī)程SD131-1984 電力系統(tǒng)技術導則國家電網(wǎng)公司二O O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主要設計原則1) 光伏電站規(guī)劃及本期建設容量：本工程規(guī)劃容量為20兆瓦，本期裝機容量為20兆瓦。2) 設計水平年：本工程計劃2017年投產(chǎn)，接入系統(tǒng)設計水平年選為2017年。1.4主要設計內(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)設計；2) 臨汾地區(qū)電力市場分析預測、裝機安排及電力電量平衡，論述臨汾振發(fā)光伏電站建設的必要性；3) 振發(fā)光伏電站接入系統(tǒng)方案，相應的電氣計算（潮流、穩(wěn)定、短路計算），分析對電力系統(tǒng)的影響；接入

5、系統(tǒng)方案技術經(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要求。1.5建設規(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2

6、0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?？偯娣e1034平方公里。站址地理位置如圖：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

7、測業(yè)務的是侯馬氣象站。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)。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/日；最高為6月份，為5.17 KWh/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，對太陽輻射量作復核和修正。從計算得到的電站所在地的年總輻射量為4861.8MJ/（1350.

8、5kWh/）。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。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

9、；集電線路匯集至35kV開關站母線后經(jīng)一回線路引出接入電網(wǎng)。2.3.1光伏設備技術參數(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?？?。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，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，

10、高品質(zhì)的銀和銀鋁漿料，確保良好的導電性，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150MWp300MWp之間，綜合考慮組件效率、技術成熟性、市場占有率，以采購訂貨時的可選擇余地，本工程推薦選用多晶硅太陽能組件的規(guī)格為250MWp。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

11、，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用固定傾角安裝方式。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，每個陣列裝置配置如下：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

12、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。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

13、8公里。圖2 方案二示意圖4、光伏項目對電能質(zhì)量的影響4.1 研究條件4.1.1 計算水平年計算水平年為 2017年，計算網(wǎng)絡和負荷采用2017年電網(wǎng)規(guī)劃數(shù)據(jù)。4.1.2 負荷模型及發(fā)電機模型（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%感應馬達模型；4.2 諧波4.2.1概述諧波問題是風電并網(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電機組中的電力電子元件。對于恒速風電機組來說，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；當機組進行投入操作時，軟并

14、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系，也就是與風速大小有關。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)的短路容量有關。4.2.2注入電網(wǎng)諧波允許值按照國家標準電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波(GB/T14549-93)中的有關要求，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)表4.2-1電網(wǎng)標稱電壓(kV)電壓總諧波畸變率(%)各次諧波電壓含有率(%)奇次偶次64.03.2

15、1.610353.02.41.21102.01.60.8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表4.2-2 單位：A基準短路容量250MVA諧波次數(shù)23456789諧波電流15127.7125.18.83.84.1諧波次數(shù)1011121314151617諧波電流3.15.62.64.72.22.51.93.6國家標準電能質(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。按國家標準電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波(

16、GB/T14549-93)規(guī)定，當公共連接點的最小短路容量不同于基準短路容量時，應按國標規(guī)定進行換算，換算公式如下： 式中：公共連接點的最小短路容量，MVA；基準短路容量，MVA；表4.2-10中第h次諧波電流允許值，單位：A； 短路容量為時的第h次諧波電流允許值，單位：A；按國家標準電能質(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備容量之比進行分配。在公共連接點處第個用戶的第h 次諧波電流允許值按下式計算： 式中： 經(jīng)換算的第h 次諧波電流允許值，單位：A； 第i個用戶的用電協(xié)

17、議容量，MVA； 公共連接點的供電設備容量，MVA； 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4.2-3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?？紤]SVG具體型號參數(shù)，無功補償選用4MvarSVG動態(tài)無功補償裝置，以實現(xiàn)對電站無功功率的動態(tài)調(diào)節(jié)。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4.2-4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

18、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母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）注入光伏35kV母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）20.710.050.830.0730.000.000.000.0040.090.020.110.0352.150.510.760.1960.000.000.000.0072.850.921.530.5680.190.060.090.0490.000.000.000.00100.10.050.060.03110.180.090.070.04120.000.000.000.00130.260.150.1

19、70.07140.040.030.020.01150.000.000.000.00160.030.030.020.01170.090.070.060.03180.000.000.000.00190.080.090.030.03200.040.040.020.02210.000.000.000.00220.050.060.020.02230.260.280.120.14240.000.000.000.00250.310.350.200.24電壓總諧波畸變率THDu1.21THDu0.72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

20、-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母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）注入光伏35kV母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）20.690.040.80.0630.000.000.000.0040.080.010.10.0252.010.470.710.1560.000.000.000.0072.710.881.310.4780.170.050.070.0290.000.000.000.00100.080.040.050.02110.160.080.0

21、50.03120.000.000.000.00130.220.130.110.06140.030.020.010.01150.000.000.000.00160.020.020.010.01170.070.060.050.02180.000.000.000.00190.070.070.020.02200.030.030.010.01210.000.000.000.00220.040.050.010.01230.220.230.110.13240.000.000.000.00250.220.230.150.21電壓總諧波畸變率THDu0.88THDu0.63方案二：光伏電站35kV母線引一回35

22、kV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。考慮SVG具體型號參數(shù)，無功補償選用4MvarSVG動態(tài)無功補償裝置，以實現(xiàn)對電站無功功率的動態(tài)調(diào)節(jié)。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母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）注入光伏35kV母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）20.70.060.

23、810.0730.000.000.000.0040.110.030.120.0452.10.530.720.1760.000.000.000.0072.810.931.540.5680.180.090.080.0590.000.000.000.00100.120.060.070.04110.170.080.080.03120.000.000.000.00130.240.170.130.05140.030.020.010.01150.000.000.000.00160.050.040.030.02170.10.070.080.03180.000.000.000.00190.090.080.030

24、.03200.050.060.030.03210.000.000.000.00220.040.050.030.03230.250.230.10.11240.000.000.000.00250.20.310.220.21電壓總諧波畸變率THDu1.32THDu0.79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母線的諧波電流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）注入光伏35kV母線的諧波電

25、流（A）光伏35kV母線諧波電壓含有率（%）20.660.050.770.0630.000.000.000.0040.10.030.110.0452.030.510.740.1360.000.000.000.0072.760.911.530.5180.160.080.060.0490.000.000.000.00100.10.050.060.03110.150.070.060.04120.000.000.000.00130.220.160.110.04140.020.020.010.01150.000.000.000.00160.040.040.020.02170.080.050.060.03

26、180.000.000.000.00190.080.070.030.03200.040.040.020.02210.000.000.000.00220.030.040.020.02230.210.180.080.09240.000.000.000.00250.160.260.210.17電壓總諧波畸變率THDu0.96THDu0.814.2.3.3 諧波計算結(jié)果方案一，當光伏發(fā)電項目以35kV電壓接入接入某公司110kV站的35kV母線，光伏電站35kV母線電壓總諧波畸變率（THDu）和光伏電站注入接入點的諧波電流較大。當無功補償裝置帶有濾波功能，電壓總諧波畸變率（THDu）和光伏電站注入接入

27、點的諧波電流均降低，均未超過允許值。方案二，當光伏發(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（THDu）和光伏電站注入接入點的諧波電流較大。當無功補償裝置帶有濾波功能，電壓總諧波畸變率（THDu）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。標準的限值。風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。4.3 電壓波動的計算4.3.1概述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，

28、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、電壓等級的關系，見表4.3-1。對于風電場引起的電壓變動而言，其頻度可以按照r1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）d/%LV、MVHVr1431<r1032.510<r10021.5100<r10001.2514.3.3光伏發(fā)電項目穩(wěn)態(tài)電壓波動計算4.3.3.1 計算條件 a.考慮電網(wǎng)正常運行方式、光伏電站功率為1

29、.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)絡同潮流計算網(wǎng)絡；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4.3-14.3-2。圖4.3-1 某公司110kV站35kV母線電壓隨輸出功率的變化曲線 （無功補償未投） 圖4.3-2 某公司110kV站35kV母線電壓隨輸出功率的變化曲線 （投入功補償）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。