我國(guó)近幾年光伏電站的建設(shè)速度非常快，但配套建設(shè)還是無(wú)法跟上，加上西部地區(qū)消納光伏電能的能力有限，如甘肅、新疆、青海等地，很多光伏電站遭遇了限電問(wèn)題的困局，帶來(lái)了巨大的能源浪費(fèi)，部分月份限電比例達(dá)到90%，光伏電站的投資收益率大打折扣，而且對(duì)光伏未來(lái)的發(fā)展也是非常不利的，必須加強(qiáng)配套電網(wǎng)送出線路的建設(shè)，將光伏電力外送到消納能力較強(qiáng)的地區(qū)，或者改善火電、光伏、風(fēng)電等能源利益競(jìng)爭(zhēng)所產(chǎn)生的矛盾，進(jìn)一步調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)先使用光伏電力。

隨著國(guó)家生態(tài)環(huán)境和氣候變化形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，以?xún)?yōu)先發(fā)展可再生能源為特征的能源革命已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。本文以甘肅某電站的限電情況為例，簡(jiǎn)要介紹限電帶來(lái)的發(fā)電量損失計(jì)算方法及技術(shù)對(duì)策。

1.有功功率控制系統(tǒng)（AGC）

光伏電站的限電離不開(kāi)光伏有功功率控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)AGC)，2011年5月，國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》指出：“光伏電站應(yīng)具備有功功率調(diào)節(jié)能力，能夠接收、自動(dòng)執(zhí)行調(diào)度部門(mén)的控制指令，確保有功功率及有功功率變化按照調(diào)度部門(mén)的要求運(yùn)行”。因此大型光伏電站均需配備光伏有功功率控制系統(tǒng)，接收調(diào)度中心的有功功率控制指令，按照預(yù)定的規(guī)則和策略實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配。

一般情況下，AGC的控制模式可分為計(jì)劃曲線和定值控制兩種。如圖1為定值跟蹤模式，即當(dāng)天控制電站的總輸出功率為恒定值，該值取決于省調(diào)下發(fā)值，當(dāng)晴天輻照較好的情況下，若實(shí)時(shí)功率輸出值超過(guò)限定值后將會(huì)被“削峰”，那么實(shí)時(shí)曲線看上去就接近于梯形曲線。

圖1 AGC限功率值跟蹤模式(省調(diào)限定負(fù)荷60MW)

圖2為計(jì)劃曲線跟蹤模式，一般限電時(shí)間為某一時(shí)段，而且沒(méi)有規(guī)律，如下午14點(diǎn)至16點(diǎn)，使得總有功功率曲線(紅色)保持在限定目標(biāo)曲線(綠色)附近上下浮動(dòng)，且每個(gè)地區(qū)最低容忍的浮動(dòng)幅度會(huì)有所不同，如上下浮動(dòng)不超過(guò)0.3MW或0.5MW。

圖2 AGC計(jì)劃曲線跟蹤模式

2.限電損失量估算

由于限電比例不同，所造成的發(fā)電損失也會(huì)不同，現(xiàn)以甘肅某100MW集中式電站為例進(jìn)行分析，電站由200臺(tái)500kWp集中式逆變器組成，2015年9月14日省調(diào)下發(fā)限電指令，限定功率值為60MW，實(shí)際地調(diào)下發(fā)限定值為50MW，如果逆變器和AGC的通訊正常，響應(yīng)及時(shí)并且受AGC的控制(AGC的參數(shù)設(shè)置界面逆變器的軟壓板應(yīng)該投入，如果通訊不正常，將無(wú)法接受AGC的控制)，并且限有功功率分配較為均勻的情況下，每臺(tái)逆變器的實(shí)時(shí)輸出功率將被設(shè)置在250kW以下，圖3為某標(biāo)桿逆變器的實(shí)時(shí)功率輸出曲線，逆變器的輸出功率取決于當(dāng)前時(shí)刻下的太陽(yáng)輻照度和環(huán)境溫度，在上午九點(diǎn)二十分左右達(dá)到250kW，直到下午四點(diǎn)五十分左右輸出小于250kW，而在中間時(shí)段如果存在限電，那么將造成一定的發(fā)電損失。

圖3 500kW逆變器交流功率輸出曲線

當(dāng)天逆變器交流側(cè)滿負(fù)荷下實(shí)際發(fā)電量為3399kWh(有效發(fā)電小時(shí)數(shù)為6.8h)，如果限電，將一天的時(shí)間分成三個(gè)時(shí)段，參考表1。中間時(shí)段如果不限電發(fā)電量則為2916.44kWh，其他時(shí)間段共483kWh(上午特定時(shí)段243kWh，下午時(shí)段240kWh)。如果限電，中間時(shí)段約在1895kWh左右(約7.58小時(shí))，那么由于限電帶來(lái)的損失部分為1021.44kWh，占發(fā)電量的30%左右。

表1甘肅某電站500kW逆變器分時(shí)發(fā)電量(2015.9.14)

若電站限功率值達(dá)到40%，同樣也可計(jì)算，如表2所示，限電比例增加，限電損失也相應(yīng)增加。

表2甘肅某電站500kW逆變器分時(shí)發(fā)電量(2015.9.14)

對(duì)于整個(gè)電站(逆變器側(cè))的限電損失，計(jì)算可參考標(biāo)桿逆變器的方法。整個(gè)電站的逆變器發(fā)電性能一般會(huì)有一定的差異，因此所有逆變器的當(dāng)天發(fā)電量有一定的離散率，如500kW逆變器一天發(fā)電量可達(dá)3500kWh以上，差的可能只有2800kWh左右，需要分析哪一方面出了問(wèn)題，如逆變器本身性能、組串故障、組串通訊異常、接地故障、組件失配及熱斑影響等。通過(guò)對(duì)各個(gè)逆變器的發(fā)電量進(jìn)行持續(xù)比較，選擇發(fā)電性能較為穩(wěn)定和故障率特別少的逆變器為標(biāo)桿逆變器，并計(jì)算其他逆變器與標(biāo)桿逆變器的發(fā)電差異。