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        新能源及分布式電源接入浙江配電網(wǎng)適應(yīng)性研究

        2018-03-08 12:36:15何英靜沈舒儀王曦冉
        浙江電力 2018年1期
        關(guān)鍵詞:尖山適應(yīng)性分布式

        何英靜,李 帆,沈舒儀,王曦冉

        (國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院,杭州 310008)

        0 引言

        近年來(lái),為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要,以光伏、風(fēng)電為代表的新能源發(fā)電正逐步成為浙江省能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。分布式電源的接入增加了系統(tǒng)備用電源的數(shù)量與容量,一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。但當(dāng)分布式電源的滲透率提高至一定程度后,系統(tǒng)的部分負(fù)荷必將由分布式電源主動(dòng)承擔(dān),此時(shí)配電網(wǎng)上級(jí)降壓變電站的容量配備理論上可以小于系統(tǒng)總負(fù)荷。在這種情況下,由于光伏、風(fēng)電等分布式電源出力的波動(dòng)性及其自身可靠性等原因,其出力不足或退出運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)缺電,從而影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)光伏、風(fēng)電等新能源接入配電網(wǎng)后,配電系統(tǒng)從單電源結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu),引起潮流大小和方向發(fā)生改變;不同類型、容量的分布式電源分散在不同位置,電網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)靠近分布式電源的地方電壓幅值有所升高,甚至超過(guò)電壓要求上限的情況;由于分布式電源出力變化隨機(jī)性大,使得電壓波動(dòng)大,容易出現(xiàn)閃變。為反映分布式電源接入前后配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化情況,以下從可靠性、負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量4個(gè)方面進(jìn)行適應(yīng)性研究。

        1 適應(yīng)性研究評(píng)價(jià)

        適應(yīng)性研究是對(duì)某一地區(qū)電網(wǎng)根據(jù)給定的新能源及分布式電源規(guī)劃方案接入的適應(yīng)能力研究。

        根據(jù)各地區(qū)新能源及分布式電源的特點(diǎn),從電源類型、電壓等級(jí)、城農(nóng)網(wǎng)等不同緯度考慮,選取浙江嘉興秀洲光伏園區(qū)配電網(wǎng)、尖山新區(qū)分布式光伏接入配電網(wǎng)、尖山區(qū)域風(fēng)電站接入配電網(wǎng)等作為研究對(duì)象,分析現(xiàn)狀配電網(wǎng)對(duì)各類新能源接入的適應(yīng)性研究評(píng)價(jià)。

        1.1分析評(píng)價(jià)方法

        采用指標(biāo)評(píng)分加權(quán)的方法對(duì)待評(píng)價(jià)的區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)?;舅悸窞椋焊鶕?jù)待評(píng)價(jià)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),計(jì)算得到《分布式電源接入電網(wǎng)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》中的各指標(biāo)值和對(duì)應(yīng)的指標(biāo)評(píng)分,再由公式(1)計(jì)算得到各指標(biāo)的加權(quán)評(píng)分值,得到適應(yīng)性分析結(jié)果。

        式中:M為所選區(qū)域電網(wǎng)的適應(yīng)性評(píng)分;yk為所選區(qū)域電網(wǎng)的第k項(xiàng)具體指標(biāo)數(shù)值;m為所選區(qū)域電網(wǎng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)項(xiàng)數(shù),m≤10;wk為所選區(qū)域電網(wǎng)的第k項(xiàng)具體指標(biāo)權(quán)重,m項(xiàng)權(quán)重之和應(yīng)為1。

        若選擇的待評(píng)價(jià)區(qū)域電網(wǎng)較大,不便于整體分析,可采用分層分區(qū)思想,將電網(wǎng)評(píng)價(jià)范圍劃分為區(qū)域電網(wǎng)、各電壓等級(jí)電網(wǎng)、各分區(qū)電網(wǎng)3層;若同一個(gè)電壓等級(jí)中存在電氣聯(lián)系較弱或相對(duì)獨(dú)立的分區(qū)電網(wǎng),且每個(gè)分區(qū)均有電源接入,應(yīng)進(jìn)一步劃分出分區(qū)電網(wǎng)。電網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 電網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)

        分層分區(qū)完成后,采用層次分析法,進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)評(píng)價(jià),方法如下:根據(jù)指標(biāo)評(píng)分加權(quán)方法可得到各分區(qū)電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分,然后由公式(2)計(jì)算各電壓等級(jí)電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分,由公式(3)得到區(qū)域電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分值。

        式中:Mi表示序號(hào)為i的電壓等級(jí)電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分;Wi表示電壓等級(jí)序號(hào)為i,分區(qū)序號(hào)為Aj的分區(qū)電網(wǎng)的適應(yīng)性評(píng)分權(quán)重,Aj項(xiàng)權(quán)重之和應(yīng)等于1。

        式中:MMREA為分布式電源接入后區(qū)域電網(wǎng)的適應(yīng)性評(píng)分;n為區(qū)域電網(wǎng)評(píng)價(jià)的不同電壓等級(jí)數(shù)量,n≤5;Wi表示電壓等級(jí)序號(hào)為i的電壓等級(jí)電網(wǎng)的適應(yīng)性指標(biāo)權(quán)重,n項(xiàng)權(quán)重之和應(yīng)等于1。

        1.2 評(píng)價(jià)流程

        適應(yīng)性評(píng)價(jià)流程如圖2所示:

        (1)確定電網(wǎng)評(píng)價(jià)區(qū)域范圍。

        (2)搜集所選區(qū)域的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包含電源數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)等。

        (3)根據(jù)電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù),計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各指標(biāo)值。

        (4)根據(jù)導(dǎo)則評(píng)分公式計(jì)算各指標(biāo)的評(píng)分值。

        (5)根據(jù)式(1)計(jì)算所選評(píng)價(jià)區(qū)域的評(píng)分值。

        (6)評(píng)價(jià)結(jié)論分為3級(jí),得分大于0分為“具備較強(qiáng)適應(yīng)能力”,0分為“具備適應(yīng)能力”,小于0分為“不具備適應(yīng)能力”。

        (7)根據(jù)所選評(píng)價(jià)區(qū)域的評(píng)分值進(jìn)行適應(yīng)性分析,對(duì)“不具備適應(yīng)能力”的方案,重新改造再進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)。

        圖2 適應(yīng)性評(píng)價(jià)流程

        2 案例分析

        通過(guò)3個(gè)典型案例對(duì)新能源及分布式電源接入配電網(wǎng)的適應(yīng)性進(jìn)行論述分析。

        2.1 秀洲光伏園區(qū)分布式光伏接入配電網(wǎng)(城網(wǎng)分布式電源)

        根據(jù)規(guī)劃資料,秀洲光伏高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)光伏滲透率達(dá)18.7%。對(duì)分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)進(jìn)行DigSilent仿真計(jì)算,仿真按照分布式電源的不同出力分為5個(gè)場(chǎng)景,場(chǎng)景1—5中分布式電源出力分別為100%,80%,50%,30%,0%,計(jì)算結(jié)果如圖3—6所示。

        圖3 秀洲光伏園區(qū)短路電流

        圖4 秀洲光伏園區(qū)變壓器負(fù)載率

        圖5 秀洲光伏園區(qū)各場(chǎng)景支路負(fù)載率

        圖6 秀洲光伏園區(qū)節(jié)點(diǎn)電壓偏移率

        分布式電源接入系統(tǒng)后,不滿足N-1的變壓器增加比例為0%,不滿足N-1的線路增加比例為-11.1%,因此變壓器、線路可靠性的指標(biāo)分值分別為0分和1.67分,可靠性指標(biāo)總分值為1.67分。負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量指標(biāo)總分值均為0分。

        可見(jiàn),秀洲光伏園區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)完善,供電能力充足,光伏接入方案合理。新能源發(fā)展未對(duì)秀洲電網(wǎng)安全運(yùn)行造成負(fù)面不利影響,區(qū)域電網(wǎng)對(duì)新能源接入具備較強(qiáng)適應(yīng)能力,不需要進(jìn)行分布式電源接入系統(tǒng)規(guī)劃方案調(diào)整工作。

        2.2 尖山新區(qū)分布式光伏接入配電網(wǎng)(農(nóng)網(wǎng)分布式電源)

        根據(jù)規(guī)劃資料,尖山新區(qū)光伏滲透率達(dá)60%。通過(guò)對(duì)其分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算知,可靠性、負(fù)載率、短路電流及電能質(zhì)量指標(biāo)分值均為0分。其可靠性、電能質(zhì)量分析結(jié)果如下:

        2.2.1 可靠性

        變電站低壓側(cè)母線光伏消納能力受節(jié)點(diǎn)電壓約束和支路功率約束影響較小,主要受變電站主變壓器(以下簡(jiǎn)稱主變)N-1約束。正常情況下光伏輸出功率能夠安全倒送;當(dāng)一臺(tái)主變故障,考慮運(yùn)行主變的短時(shí)過(guò)載能力。忽略光伏輸出功率在傳輸時(shí)網(wǎng)絡(luò)損耗,表達(dá)如下式:

        110 kV尖山變電站(以下簡(jiǎn)稱尖山變,其余類推)主變?nèi)萘繛椋?×5+2×8)萬(wàn) kVA, 1 臺(tái) 5 萬(wàn)kVA變壓器,電壓變比為110/35/10 kV;2臺(tái)8萬(wàn)kVA變壓器,電壓變比為110/20 kV。2016年,尖山變最大負(fù)荷9.58萬(wàn)kW,光伏接入容量11.05萬(wàn)kW,考慮供區(qū)零負(fù)荷且光伏滿出力,尖山1號(hào)主變倒送1.05萬(wàn)kW,尖山2號(hào)和3號(hào)光伏倒送功率約7.8萬(wàn)kW,1號(hào)主變不滿足N-1要求,但可通過(guò)聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供,2號(hào)和3號(hào)主變滿足N-1要求;考慮供區(qū)最大負(fù)荷,光伏滿出力(80%)、半出力(40%)、零出力情況,主變下送潮流分別為0.72萬(wàn)kW,5.15萬(wàn)kW,9.58萬(wàn)kW,零出力時(shí)1號(hào)主變負(fù)荷可以通過(guò)低壓側(cè)線路轉(zhuǎn)供,2號(hào)和3號(hào)主變滿足N-1要求。

        但1號(hào)主變低壓側(cè)的線路轉(zhuǎn)供能力有限,隨著負(fù)荷的增長(zhǎng),電網(wǎng)運(yùn)行可靠性將受到影響。

        同樣測(cè)算,安江變2臺(tái)主變N-1均能通過(guò)。

        2.2.2 電能質(zhì)量

        利用OPENDSS仿真軟件采用解耦分析法及連續(xù)潮流法開(kāi)展仿真計(jì)算,仿真的重點(diǎn)是線路負(fù)載率和節(jié)點(diǎn)電壓。

        對(duì)尖山區(qū)域典型日各臺(tái)主變低壓側(cè)母線運(yùn)行電壓進(jìn)行仿真計(jì)算,結(jié)果如圖7—9所示。

        圖7 尖山1號(hào)主變低壓側(cè)母線電壓

        圖7—9表明:尖山變1號(hào)主變10 kV側(cè)母線電壓在1.044~1.058 p.u.波動(dòng),平均值為1.053 p.u.;2號(hào)主變20 kV側(cè)母線電壓在1.045 6~1.050 3 p.u.波動(dòng),平均值為1.048 2 p.u.;3號(hào)主變20 kV側(cè)電壓在 1.041~1.056 p.u.波動(dòng),平均值為 1.051 p.u.。1號(hào)主變整體負(fù)荷較輕,電壓相對(duì)較高;2號(hào)主變20 kV低壓母線較為平穩(wěn);3號(hào)主變20 kV低壓母線波動(dòng)相對(duì)較大,主要原因是3號(hào)主變所轄饋線一日之內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)較大,但母線電壓仍然在所規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。

        圖8 尖山2號(hào)主變低壓側(cè)母線電壓

        圖9 尖山3號(hào)主變低壓側(cè)母線電壓

        可見(jiàn),尖山新區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)完善,供電能力充足,光伏接入方案合理,表示該區(qū)域電網(wǎng)為“具備適應(yīng)能力”。但考慮極端情況下大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成影響,春節(jié)等特殊時(shí)段存在出力倒送情況,不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷亦將影響區(qū)域電網(wǎng)整體供電可靠性,有必要補(bǔ)強(qiáng)完善。建議方案如下:加強(qiáng)區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè);對(duì)部分輻射狀的公用配電線路進(jìn)行聯(lián)絡(luò)補(bǔ)強(qiáng),在此基礎(chǔ)上,對(duì)線路負(fù)荷分布進(jìn)行調(diào)整,減輕部分重載線路的負(fù)載率,確保聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供能力,以滿足全線轉(zhuǎn)供要求。

        2.3 尖山區(qū)域風(fēng)電接入配電網(wǎng)(新能源電站)

        通過(guò)對(duì)尖山110 kV中廣核風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性分析。中廣核尖山風(fēng)電場(chǎng)接入后,可靠性、負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量分值均為0分,表示區(qū)域電網(wǎng)為“具備適用能力”,中廣核尖山風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)規(guī)劃方案較為合理,不需要進(jìn)行接入系統(tǒng)規(guī)劃方案調(diào)整工作。

        綜上所述,通過(guò)對(duì)可靠性、負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量等情況進(jìn)行分析,結(jié)合權(quán)重設(shè)置,對(duì)區(qū)域電網(wǎng)適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)分,3個(gè)典型區(qū)域綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

        表1 電網(wǎng)適用性評(píng)價(jià)結(jié)果

        3 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)對(duì)新能源及分布式電源規(guī)劃方案接入的適應(yīng)能力進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)浙江35 kV及以上配電網(wǎng)接納新能源的能力較強(qiáng),但需注意因新能源接入對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成污染,做好電源接入的電能質(zhì)量評(píng)估工作,并提出針對(duì)性的治理措施。相對(duì)而言,農(nóng)村電網(wǎng)存在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、設(shè)備水平偏低、供電半徑較長(zhǎng)、就地消納能力偏弱等問(wèn)題,10 kV及以下分布式電源的大規(guī)模接入往往會(huì)降低配電網(wǎng)的可靠性、電能質(zhì)量水平,需統(tǒng)籌考慮分布式電源的分布及接入規(guī)模,加快相關(guān)配套工程建設(shè),優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu),提高設(shè)備配置水平,保證分布式電源接入后安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        為避免局部電網(wǎng)出現(xiàn)新能源發(fā)電集中接入帶來(lái)的消納問(wèn)題,需合理安排新能源建設(shè)時(shí)序,科學(xué)規(guī)劃新能源發(fā)電接入方案。隨著新能源發(fā)電滲透率的提高,多個(gè)諧波源疊加對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量影響也需要重點(diǎn)關(guān)注。建議加強(qiáng)對(duì)投運(yùn)后的新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)及運(yùn)行監(jiān)控工作,對(duì)電源側(cè)開(kāi)展電能質(zhì)量監(jiān)測(cè),以滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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