崔喬儒 鄢峻雯 王 定 莫志偉

（1.廣東電網(wǎng)公司肇慶供電局 2.肇慶電力設(shè)計院有限公司）

0 引言

2021年，“雙碳”目標(biāo)的提出為光伏等新能源打開了未來10年甚至未來40年的高速成長空間，分布式光伏［1-2］迎來了重大發(fā)展契機(jī)。國家對于分布式光伏出臺了較多的政策，包括推動試點(diǎn)、提供補(bǔ)貼等。隨著越來越多的分布式光伏接入配電網(wǎng)就地消納，配電網(wǎng)逐步向供需互動的有源網(wǎng)絡(luò)過渡。伴隨配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)形態(tài)的變化，附合產(chǎn)生新的功能要求，對配電網(wǎng)發(fā)展將產(chǎn)生廣泛深遠(yuǎn)的影響。為更好地開展工業(yè)園區(qū)整縣屋頂分布式光伏開發(fā)建設(shè)，更好地構(gòu)建新型電力系統(tǒng)發(fā)展，有必要對工業(yè)園區(qū)大規(guī)模新能源接入系統(tǒng)對配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)適應(yīng)性進(jìn)行研究，以更好適應(yīng)近期新能源高滲透率下的配電網(wǎng)發(fā)展。

1 政策支持及發(fā)展趨勢

2021年6月，國家能源局印發(fā)《關(guān)于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)方案的通知》。國家啟動整縣推進(jìn)屋頂光伏開發(fā)試點(diǎn)工作，目的是引導(dǎo)地方政府協(xié)調(diào)整合屋頂資源，實現(xiàn)規(guī)模化開發(fā)，助推“碳達(dá)峰、碳中和”與鄉(xiāng)村振興兩大國家戰(zhàn)略實施?！锻ㄖ分刑岢觥皯?yīng)接盡接”和“宜建盡建”等要求，切實保障試點(diǎn)地區(qū)分布式光伏的大規(guī)模接入。

2021年9月，國家能源局綜合司印發(fā)《關(guān)于公布整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點(diǎn)名單的通知》，將676個縣（市、區(qū)，廣東32個）納入試點(diǎn)名單，約占我國全部縣區(qū)的四分之一，分布式光伏正進(jìn)入加速發(fā)展的全新周期。

2022年3月，國家能源局在《2022年能源工作指導(dǎo)意見》指出，將繼續(xù)實施整縣屋頂分布式光伏開發(fā)建設(shè)，加強(qiáng)實施情況監(jiān)管；因地制宜組織開展“千鄉(xiāng)萬村馭風(fēng)行動”和“千家萬戶沐光行動”。

2022年5月，《關(guān)于推進(jìn)以縣城為重要載體的城鎮(zhèn)化建設(shè)的意見》提出，引導(dǎo)縣城分布式能源發(fā)展，推進(jìn)屋頂分布式光伏發(fā)電。

整縣推進(jìn)中最容易的部分是黨政機(jī)關(guān)以及公共建筑，但這部分裝機(jī)占比相對較低，預(yù)計試點(diǎn)安裝比例的任務(wù)主要落實到戶用以及工商業(yè)分布式光伏電站項目上，特別是工業(yè)園區(qū)的工商業(yè)廠房屋頂，消納能力較強(qiáng)，潛在收益較大，是社會力量開發(fā)的重點(diǎn)方向。

2 電網(wǎng)現(xiàn)狀及負(fù)荷特性

以廣東某高新技術(shù)開發(fā)區(qū)為例，高新區(qū)開發(fā)面積約63km2，其中工業(yè)用地約44km2。2022年園區(qū)供電最大負(fù)荷為475MW，園區(qū)內(nèi)有220kV變電站1座，容量為720MVA；110kV 變電站6座，總?cè)萘繛?73MVA。園區(qū)內(nèi)共有10kV線路146回，其中公用線路113回。截至2022年底，園區(qū)分布式光伏總裝機(jī)容量為 181.38MW，其中 10kV 接入容量為154.31MW，380V接入容量為27.08MW，分布式光伏接入以10kV電壓等級接入為主。

園區(qū)主要產(chǎn)業(yè)是工業(yè)制造，大部分人口為外來人口，用電負(fù)荷主要為工業(yè)用電，商業(yè)辦公和居民用電占比低；在正常生產(chǎn)日園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)用電需求強(qiáng)盛，日間和夜間用電均較為穩(wěn)定，峰谷用電不明顯；但在春節(jié)等節(jié)假日期間，園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)基本全部暫停，用電需求大幅下降。園區(qū)年用電負(fù)荷曲線，如圖1所示。

圖1 園區(qū)年用電負(fù)荷曲線

3 新能源承載能力測算

3.1 園區(qū)新能源承載能力測算

對2023年和2025年園區(qū)企業(yè)正常生產(chǎn)日和節(jié)假日典型運(yùn)行方式進(jìn)行分布式光伏消納承載能力進(jìn)行測算。從測算結(jié)果可以看出，由于園區(qū)以工業(yè)負(fù)荷為主，所以正常生產(chǎn)日和節(jié)假日的分布式光伏消納承載能力有較大差異。正常生產(chǎn)日分布式光伏大發(fā)時刻，大部分企業(yè)處于正常工作期間，園區(qū)的消納能力和承載能力都能滿足分布式光伏的需求；節(jié)假日分布式光伏大發(fā)時刻，由于大部分企業(yè)停工，園區(qū)用電負(fù)荷很低，分布式光伏的出力已經(jīng)超過園區(qū)的負(fù)荷需求，多余的電力需要向園區(qū)以外的周邊電力輸送。園區(qū)新能源消納承載能力分析見表1。

表1 園區(qū)新能源消納承載能力分析表

3.2 分布式光伏接入容量控制

由于分布式光伏出力存在本地?zé)o法消納的情況，需要進(jìn)一步對園區(qū)內(nèi)各變電站和10kV線路的消納能力進(jìn)行分析，統(tǒng)計各回10kV線路的分布式光伏滲透率和節(jié)假日的電力返送情況，計算各回線路剩余可接入容量，為后期其他光伏項目的接入控制提供依據(jù)，避免線路上分布式光伏過度接入，影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。線路新能源接入控制見表2。

表2 線路新能源接入控制分析表

3.3 饋線光伏接入容量約束因素

分布式光伏接入線路后改變了配電網(wǎng)的潮流，顯著影響配電網(wǎng)電壓（U）、電流（I）等，出于配電網(wǎng)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，對配電網(wǎng)運(yùn)行的電能質(zhì)量和線路載流量都明確提出了約束要求，這些約束直接決定了線路接入分布式光伏的承載能力。配電網(wǎng)典型饋線圖，如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)典型饋線圖

以圖2所示的理想饋線模型為對象進(jìn)行電流、電壓約束下的分布式光伏接入影響因素分析，饋線共有n個節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)i上的負(fù)荷為PLi＋jQLi，線路Li上的阻抗為Ri＋jXi；電壓幅值恒定為V0，節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值為Vi；光伏并網(wǎng)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)p，其輸出功率為PPV＋jQPV。分布式光伏接入配電網(wǎng)后，光伏支線的線路電流為：

由公式（1）可知，當(dāng)無分布式光伏接入時，最大線路電流出現(xiàn)在饋線首端，接入光伏后會使得線路電流最大值減小，當(dāng)時，隨著光伏接入容量越大，線路電流值越小，因此，保證饋線首端電流不越下限，即可滿足電流約束。當(dāng)時，隨著光伏接入容量越大，線路電流值越大，此時節(jié)點(diǎn)p位置越靠后，電流ip越大。因此應(yīng)保證并網(wǎng)點(diǎn)前的線路電流不越限，即可滿足電流約束。

分布式光伏接入配電網(wǎng)后，則節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為：

此時節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)（k-1）電壓之間的關(guān)系可表示如下：

4 大規(guī)模分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響

4.1 大規(guī)模分布式光伏接入對電能質(zhì)量的影響

（1）提升電壓水平。大規(guī)模分布式光伏接入甚至可能引起電壓越限。當(dāng)分布式光伏未接入時，光伏出力降低了饋線下送功率，使得饋線從首端到末端壓降降低，當(dāng)光伏出力遠(yuǎn)大于線路負(fù)荷時，將出現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限情況；

（2）增加諧波含量。分布式光伏通過逆變器進(jìn)行并網(wǎng)，雖然現(xiàn)有逆變器設(shè)備諧波含量具有嚴(yán)格出廠限制，單個小容量光伏并網(wǎng)一般都符合公網(wǎng)并網(wǎng)諧波要求，而在大量光伏并網(wǎng)時，其諧波含量疊加容易導(dǎo)致諧波越限。

（3）增加電壓波動影響。分布式光伏在發(fā)電穩(wěn)定性方面較差，對于日照以及溫度有非常大的依賴，容易有頻繁啟動情況出現(xiàn)。分布式光伏發(fā)電本身在啟動、停止以及輸出功率波動情況下，都會很大程度上影響到配電網(wǎng)供電電壓質(zhì)量。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)前，主饋線以及支路節(jié)點(diǎn)電壓會逐漸下降，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，主饋線不同節(jié)點(diǎn)電壓以及支路節(jié)點(diǎn)電壓會出現(xiàn)明顯的增高。

4.2 大規(guī)模分布式光伏接入對配網(wǎng)保護(hù)的影響

大量分布式光伏并網(wǎng)后，配電網(wǎng)由輻射型電網(wǎng)變?yōu)槎喽擞性淳W(wǎng)絡(luò)，光伏電源向故障點(diǎn)提供短路電流，會出現(xiàn)反向故障電流、助增和外汲現(xiàn)象以及故障點(diǎn)熄弧時間延長等，對繼電保護(hù)帶來影響。分布式光伏在線路上安裝點(diǎn)的不同，對配電網(wǎng)過電流保護(hù)的檢測和故障電流的影響不同，嚴(yán)重時可降低線路保護(hù)快速性和可靠性；導(dǎo)致距離保護(hù)范圍縮小并增加誤動作的可能性。當(dāng)分布式光伏發(fā)電負(fù)荷大于線路負(fù)荷時，電網(wǎng)發(fā)生故障時出現(xiàn)光伏防弧島保護(hù)失效，光伏出力繼續(xù)為部分負(fù)荷供電，影響電網(wǎng)與設(shè)備安全運(yùn)行；電網(wǎng)中出現(xiàn)逆向電流并影響電網(wǎng)電壓分布特性，導(dǎo)致自動重合閘失敗，增加供電恢復(fù)時間。

4.3 大規(guī)模分布式光伏接入對電網(wǎng)運(yùn)維安全的影響

分布式光伏用戶大多無專業(yè)運(yùn)維人員，大量處于無運(yùn)維狀態(tài)，業(yè)主未對分布式光伏相關(guān)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和維護(hù)，設(shè)備安全風(fēng)險未得到有效管控，易出故障，同時也影響了配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。分布式光伏接入配電網(wǎng)后，配電線路改變成為有源線路，容易對檢修工作地段反送電，給在線路作業(yè)的人員帶來了安全影響。

5 電網(wǎng)規(guī)劃建議

（1）加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃管理，合理控制線路分布式光伏接入，避免光伏滲透率過高影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。有聯(lián)絡(luò)線路中單回線路接入光伏容量不高于自身最大輸送容量80%，且滿足轉(zhuǎn)供后轉(zhuǎn)供線路接入不高于容量100%，無聯(lián)絡(luò)線路接入光伏容量不高于自身最大輸送容量80%。低壓接入的分布式光伏容量不超過變壓器額定容量。

（2）加強(qiáng)分布式光伏電源信息管理與運(yùn)用，建立分布式光伏電源點(diǎn)、并網(wǎng)線路和公共連接點(diǎn)信息基礎(chǔ)臺賬。同時在生產(chǎn)管理系統(tǒng)中實現(xiàn)分布式光伏電源點(diǎn)信息標(biāo)注，在線路檢修及搶修時作為安全風(fēng)險點(diǎn)管控。

（3）嚴(yán)控分布式光伏電源并網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行，并網(wǎng)逆變器調(diào)試驗收應(yīng)由具備相應(yīng)資質(zhì)的單位進(jìn)行，規(guī)范并網(wǎng)接口功能，并嚴(yán)格測試把關(guān)，防止倒送電。

（4）嚴(yán)控并網(wǎng)點(diǎn)開斷設(shè)備安全隔離，應(yīng)檢查并網(wǎng)點(diǎn)開斷設(shè)備具有明顯斷開點(diǎn)，電網(wǎng)側(cè)應(yīng)能可靠接地。

（5）安裝反孤島保護(hù)裝置。針對分布式光伏電源可能出現(xiàn)的孤島運(yùn)行狀態(tài)，在220V／380V電網(wǎng)中，安裝反孤島保護(hù)裝置。

6 結(jié)束語

在國家政策的推動下，使分布式光伏迎來重大發(fā)展契機(jī)。大規(guī)模分布式光伏接入配電網(wǎng)后，對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行產(chǎn)生了重大影響。因此，為滿足大規(guī)模分布式光伏接入配電網(wǎng)，需要對地區(qū)配電網(wǎng)分布式光伏的承載能力、10kV線路的分布式光伏可接入容量提前進(jìn)行計算分析，根據(jù)技術(shù)約束條件，提前做好規(guī)劃方案，合理控制分布式光伏的接入容量、接入位置，以保證配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。