孫慧敏

摘要：光伏作為一種可再生的清潔能源，對(duì)我國(guó)未來電力系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)具有指導(dǎo)作用。光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)是無(wú)污染、可再生、并網(wǎng)靈活，但新能源的開發(fā)和利用會(huì)相應(yīng)帶來一定的不確定性。同時(shí)學(xué)界也對(duì)分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響進(jìn)行了一定的分析。

關(guān)鍵詞：分布式光伏;并網(wǎng)入電;影響因素;電壓分布

隨著新一輪電力體制改革的深入，售電側(cè)的放開，多元主體參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)成為必然趨勢(shì)。分布式電源既可以成立售電公司，以獨(dú)立售電模式參與市場(chǎng)，也可以通過其他售電公司代理，以協(xié)調(diào)售電的模式參與市場(chǎng)。目前對(duì)分布式電源市場(chǎng)化交易的研究主要集中在兩個(gè)層面，一是研究市場(chǎng)環(huán)境下分布式電源的規(guī)劃建設(shè)方案;二是研究分布式電源在市場(chǎng)環(huán)境下的運(yùn)營(yíng)及交易模式。在運(yùn)營(yíng)及交易模式方面，包括從宏觀層面設(shè)計(jì)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)模式的組織結(jié)構(gòu)和機(jī)制、分析用戶側(cè)分布式電源的增值服務(wù)價(jià)值，從優(yōu)化調(diào)度的角度分析虛擬電廠并網(wǎng)運(yùn)行的算法實(shí)現(xiàn)、探討分布式電源對(duì)售電公司運(yùn)營(yíng)的影響;再如對(duì)雙邊或多邊交易、分布式電源集合商集中競(jìng)價(jià)交易等模式的設(shè)計(jì)分析等。其中雙邊或多邊交易模式屬于批發(fā)市場(chǎng)范疇，發(fā)電商與用戶關(guān)系一一對(duì)應(yīng);而協(xié)調(diào)售電模式適合沒有條件自主尋找用戶，或進(jìn)行復(fù)雜市場(chǎng)決策的發(fā)電商，由售電公司代理并管理分布式光伏的發(fā)電。特別是隨著光伏與儲(chǔ)能的協(xié)同發(fā)展，可有效改善光伏發(fā)電的間歇性和不確定性，使得光伏出力具備了可優(yōu)化條件，為售電公司管理分布式光伏發(fā)電奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

一、分布式光伏發(fā)電概述

光伏發(fā)電包括輸電側(cè)并網(wǎng)和配電側(cè)并網(wǎng)兩種類型，前者在大規(guī)模發(fā)電站中的應(yīng)用價(jià)值較高，集中全部的電能融入電網(wǎng)，為電網(wǎng)調(diào)配提供基礎(chǔ)。后者的發(fā)電規(guī)模小，形成的電能融入最近距離的配電網(wǎng)，電能被直接利用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通常是配電側(cè)并網(wǎng)發(fā)電，具有高靈活度、高使用價(jià)值以及維護(hù)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。實(shí)際應(yīng)用過程中，可全面利用休閑區(qū)域和屋頂?shù)葏^(qū)域，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的構(gòu)建和規(guī)劃，降低土地資源消耗，避免對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的干擾。配電側(cè)并網(wǎng)對(duì)接入要求較低，相應(yīng)的電能為本地負(fù)荷提供服務(wù)，避免了輸電線路電能傳輸損耗，極大增強(qiáng)了電能的利用效率。

二、分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

（一）基于預(yù)測(cè)電價(jià)的優(yōu)化決策價(jià)格

協(xié)調(diào)售電交易決策模型依賴于簽約價(jià)格與現(xiàn)貨價(jià)格的價(jià)差，且可優(yōu)化范圍與價(jià)差幅度緊密相關(guān)。對(duì)售電公司而言，價(jià)格差越大，可優(yōu)化范圍越大，優(yōu)化效果越明顯，因此保持一定的價(jià)格差距對(duì)售電公司有利。對(duì)分布式光伏而言，簽約價(jià)格影響實(shí)際發(fā)電量，為追求一定的發(fā)電收益，分布式光伏將在保量的前提下爭(zhēng)取高價(jià)。分布式電源如何參與市場(chǎng)是能源發(fā)展及市場(chǎng)建設(shè)過程中必須要解決的問題，特別對(duì)于中小型分布式電源來說，與售電公司合作是必然趨勢(shì)。針對(duì)協(xié)調(diào)售電模式進(jìn)行了深入分析，從售電公司現(xiàn)貨市場(chǎng)環(huán)境下購(gòu)電成本分析出發(fā)，提出了協(xié)調(diào)售電模式下的交易決策模型，該模型基于光伏電價(jià)與現(xiàn)貨電價(jià)的差值，借助儲(chǔ)能設(shè)備，以售電公司購(gòu)電成本最小化為決策目標(biāo)，對(duì)分布式光伏發(fā)電曲線進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)光伏的優(yōu)化利用;同時(shí)為售電公司在新代理關(guān)系下的現(xiàn)貨申報(bào)提供依據(jù)，從而降低售電公司的購(gòu)電成本。在此基礎(chǔ)上提出了雙方代理合約的定價(jià)機(jī)制，分別約定用以優(yōu)化決策的價(jià)格及用以合約結(jié)算的價(jià)格，前者基于預(yù)測(cè)電價(jià)，后者基于實(shí)際電價(jià)，以保障代理雙方的利益平衡。

（二）雙層規(guī)劃模型

分布式光伏并入配電網(wǎng)的規(guī)劃中不僅要考慮光伏運(yùn)營(yíng)商的經(jīng)濟(jì)利益問題，還要考慮含有分布式光伏的配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中的技術(shù)性問題，其中包括配電網(wǎng)的有功網(wǎng)損和節(jié)點(diǎn)電壓水平。因此，本文上層模型構(gòu)建光伏運(yùn)營(yíng)商的年平均凈收益最大、配電網(wǎng)平均有功網(wǎng)損最小、配電網(wǎng)年均節(jié)點(diǎn)電壓偏差最小的多目標(biāo)函數(shù);下層模型計(jì)及分布式光伏并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的分區(qū)協(xié)調(diào)控制策略，解決高滲透率分布式光伏并網(wǎng)引起的電壓越限問題.其中，上層模型將光伏安裝容量傳遞給下層，下層在已知光伏安裝容量的基礎(chǔ)上運(yùn)行電壓分區(qū)協(xié)調(diào)控制策略，然后將運(yùn)行后的系統(tǒng)狀態(tài)傳遞給上層。①在光伏并網(wǎng)規(guī)劃中，建立的典型場(chǎng)景考慮光伏出力和負(fù)荷需求的季節(jié)性變化、天氣性變化特點(diǎn)等實(shí)際情況，不僅能使規(guī)劃模型更加合理，還能減少求解模型的計(jì)算量。②光伏規(guī)劃模型中，不僅要顧及光伏運(yùn)營(yíng)商的經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)，還要考慮配電網(wǎng)的技術(shù)性指標(biāo).在求解多目標(biāo)規(guī)劃問題上，基于目標(biāo)相對(duì)占優(yōu)策略的CSO算法可以得到一個(gè)各個(gè)目標(biāo)相對(duì)平衡的綜合最優(yōu)解。③與計(jì)及電壓集中控制策略的光伏并網(wǎng)規(guī)劃相比，考慮電壓分區(qū)協(xié)調(diào)控制策略不但可以提高光伏運(yùn)營(yíng)商的凈收益，還可以降低配電網(wǎng)的有功網(wǎng)損、改善配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)電壓質(zhì)量.

（三）SD模型構(gòu)建

SD是研究處理復(fù)雜系統(tǒng)問題的方法。該方法是定性與定量、系統(tǒng)整體思考與分析、綜合與推理相結(jié)合的方法，在解決定性問題的效益評(píng)估、復(fù)雜系統(tǒng)形象化分析和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)效果評(píng)估等方面有著一定的成熟運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)。推廣到電力系統(tǒng)領(lǐng)域，SD方法也在需求響應(yīng)資源效益評(píng)估、保底服務(wù)運(yùn)營(yíng)、可再生能源激勵(lì)機(jī)制分析、配電網(wǎng)可持續(xù)發(fā)展能力評(píng)估等方面得到應(yīng)用。進(jìn)一步分析分布式PV電能共享系統(tǒng)的特點(diǎn)，由于共享價(jià)值受到補(bǔ)貼政策變化、分布式PV安裝率變化等影響，且與各個(gè)因素之間存在較為復(fù)雜的關(guān)系，因此所構(gòu)成的系統(tǒng)是一個(gè)包含多主體的復(fù)雜系統(tǒng)。同時(shí)，分布式PV的接入對(duì)配電網(wǎng)層面影響的傳導(dǎo)機(jī)制是一個(gè)動(dòng)態(tài)、長(zhǎng)期積累和調(diào)整的過程，其效應(yīng)跟隨時(shí)間而變化。由于SD適合分析政策等影響下的復(fù)雜系統(tǒng)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，既能形象化地展現(xiàn)各復(fù)雜要素的交互關(guān)系，又能采用定性與定量相結(jié)合的方法，對(duì)有多重信息和因果反饋的系統(tǒng)進(jìn)行建模和仿真，并且在處理周期性和長(zhǎng)期性問題上具有優(yōu)勢(shì)，因此本文采用SD方法對(duì)分布式PV接入對(duì)配電公司利益、協(xié)調(diào)管理員共享價(jià)值、輸配電價(jià)等方面帶來的影響進(jìn)行了模擬分析。

（四）中低壓配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)

低壓配電網(wǎng)受投資經(jīng)濟(jì)性的限制，通信網(wǎng)薄弱、量測(cè)不全，缺少可控資源，缺乏調(diào)壓手段，而現(xiàn)階段不可控的分布式電源和可控資源如微型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能設(shè)備、聯(lián)絡(luò)開關(guān)及可控負(fù)荷等的大量接入，使中壓配電網(wǎng)形成具有一定協(xié)調(diào)控制能力的主動(dòng)配電網(wǎng)（activedistributionnetwork，ADN）?，F(xiàn)有關(guān)于配電網(wǎng)接納分布式電源的研究都是針對(duì)單一電壓等級(jí)的配電網(wǎng)，未考慮多電壓等級(jí)配電網(wǎng)之間的相互影響。本文進(jìn)行低壓配電網(wǎng)分布式光伏接納能力分析時(shí)，考慮多電壓等級(jí)配電網(wǎng)的配合，提出利用中壓主動(dòng)配電網(wǎng)的調(diào)控能力，通過中低壓配電網(wǎng)的相互影響緩解低壓配電網(wǎng)調(diào)壓手段缺乏，提升低壓配電網(wǎng)接納分布式光伏能力的方法。建立包含10kV主動(dòng)配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行模型和380V輻射型低壓配電網(wǎng)分布式光伏的選址定容模型的多電壓等級(jí)配電網(wǎng)模型。分別用遺傳算法和多目標(biāo)進(jìn)化算法求解，計(jì)算結(jié)果說明這種方法的有效性。針對(duì)低壓配電網(wǎng)中負(fù)荷不同的情況，分析分布式光伏接入和調(diào)壓對(duì)中壓主動(dòng)配電網(wǎng)電壓水平的影響，以及低壓配電網(wǎng)中負(fù)荷對(duì)接納分布式光伏和調(diào)壓方式的影響。

三、分布式光伏集群控制未來展望

對(duì)于分布式光伏的穩(wěn)定并網(wǎng)和靈活控制問題，目前已有大量的研究成果。但是其研究的重點(diǎn)在于：（1）光伏陣列組合的精確建模，以實(shí)現(xiàn)光能利用效率的最大化;（2）逆變器的高性能變換技術(shù)，通過設(shè)計(jì)合理的元件參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，配合有效的控制策略，以保證輸出電流符合電能質(zhì)量要求;（3）光伏發(fā)電系統(tǒng)與儲(chǔ)能元件的配合，以期功率的穩(wěn)定輸出。

然而，分布式光伏發(fā)電單元單體可控性差且數(shù)量繁多，使得其集中調(diào)控困難。僅從光伏陣列群和逆變器組的控制入手，無(wú)法解決配電網(wǎng)中電壓控制存在的有功-無(wú)功耦合及輸配網(wǎng)間的耦合性，因此未來“分群自治-多級(jí)調(diào)控”的控制體系架構(gòu)是重點(diǎn)研究方向：（1）集群控制，由于大量的光伏發(fā)電單元分散接入，調(diào)控對(duì)象協(xié)調(diào)困難，于是提出分布式光伏發(fā)電集群概念，將其作為一個(gè)整體接入系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)靈活并網(wǎng)控制;（2）配電網(wǎng)內(nèi)部光伏集群間的協(xié)調(diào)控制，通過有功無(wú)功協(xié)調(diào)的多時(shí)間尺度優(yōu)化設(shè)定集群設(shè)備狀態(tài)和最優(yōu)運(yùn)行點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)內(nèi)部光伏發(fā)電集群功率的就近消納;（3）輸配網(wǎng)之間協(xié)同控制，以解決配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)光伏高滲透接入后的功率外送問題。

四、結(jié)束語(yǔ)

①當(dāng)分布式光伏接入配電網(wǎng)后，可以供給配電網(wǎng)局部的負(fù)荷需求甚至滿足整個(gè)配電網(wǎng)的負(fù)荷，做到配電網(wǎng)電能的全部支持。光伏系統(tǒng)向配電網(wǎng)吸收的功率較少，并且會(huì)將光伏中的剩余功率反饋給配電網(wǎng)，其電壓的有效支撐采用無(wú)功功率便可足夠。②假設(shè)分布式光伏的接入位置不發(fā)生改變，其對(duì)配電網(wǎng)的電壓支撐能力大小與光伏接入密度成正相關(guān)。③分布式光伏接入對(duì)配電網(wǎng)的電壓影響與分布式光伏的母線接入距離相關(guān)，距離縮短，那么分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)電壓分布的影響也同步減弱。④在三相電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，分布式光伏能夠憑借其輸出功率穩(wěn)定配電網(wǎng)的電壓;在配電網(wǎng)線路出現(xiàn)單相短路條件下，分布式光伏的輸出功率雖然能夠協(xié)助故障相恢復(fù)電壓，但根據(jù)其并網(wǎng)特性用時(shí)也會(huì)升高非故障相的電壓。⑤假設(shè)分布式光伏在已并網(wǎng)條件下從配電網(wǎng)推出，將會(huì)影響光伏并網(wǎng)接口處的電能質(zhì)量。

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