中低壓配網(wǎng)接入分布式光伏開放容量研究

李飛 陳時飛

摘 要： 2016年9月10日，浙江省政府發(fā)布了《關(guān)于加快浙江省百萬家庭屋頂光伏工程建設(shè)的實施意見》，目標(biāo)到2020年全省建設(shè)家庭屋頂光伏100萬戶，總裝機規(guī)模300萬千瓦，其中，杭州地區(qū)的指標(biāo)為10.5萬戶，占全市10%左右。光伏發(fā)電對公司運營和十三五電網(wǎng)規(guī)劃的影響，地方政策與電網(wǎng)建設(shè)相互影響有多少尚不清楚。

關(guān)鍵詞： 分布式光伏；接入

1. 背景介紹

為了降低對化石能源的依賴、實現(xiàn)節(jié)能減排、大幅降低二氧化碳排放，很多國家積極開發(fā)光伏發(fā)電。在過去數(shù)年中，隨著光伏發(fā)電大規(guī)模的使用，其成本已大幅下降，但仍然高于常規(guī)電源的發(fā)電成本。

根據(jù)浙江省政府的規(guī)劃，到2015年底，浙江省計劃建成2500兆瓦光伏發(fā)電。杭州市政府計劃到2015年實現(xiàn)總裝機容量550兆瓦（占全省的四分之一）。

大規(guī)模分布式光伏發(fā)電接入對電網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)和安全穩(wěn)定運行等方面將產(chǎn)生深遠影響。大量光伏發(fā)電接入將對電網(wǎng)規(guī)劃、檢修和運行提出了新的要求。如何提高在光伏發(fā)電接入后電網(wǎng)的技術(shù)管理水平是急需解決的新問題。

對光伏發(fā)電發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律和光伏發(fā)電各電壓等級可開放的容量，國內(nèi)還沒有系統(tǒng)的研究。光伏發(fā)電的發(fā)展完全取決于政府的政策和客戶的決策。光伏發(fā)電的電網(wǎng)各電壓等級可開放容量的研究也僅局限在對單個變電站和單條線路的分析，對整個電網(wǎng)缺乏研究。

2. 本文主要研究內(nèi)容

本課題的主要目的和研究內(nèi)容：為了解決新形勢下面到的問題，圍繞服務(wù)新能源發(fā)展，積極規(guī)劃以“分布式光伏各電壓等級接入可開放的容量“為工作中心，重點開展了以下幾個方面的工作：

第一、結(jié)合地區(qū)的特點和資源情況，分析適合再生能源發(fā)展和建設(shè)的區(qū)域和潛力。對光伏發(fā)展規(guī)律、影響因素進行深入關(guān)聯(lián)性分析。

第二、利用電網(wǎng)量化分析模型，量化分析各電壓等級可開放容量研究。指出電網(wǎng)光伏發(fā)電可開放容量的薄弱環(huán)節(jié)，并提出相應(yīng)的解決建議。

第三、提出基于可開放容量分析的分布式光伏接入系統(tǒng)的管理流程，更好的服務(wù)新能源發(fā)展，提高電網(wǎng)接入和電網(wǎng)發(fā)展技術(shù)水平。

3. 電網(wǎng)各電壓等級光伏最大可開放容量

3.1 思路—量化分析準(zhǔn)則

電網(wǎng)各電壓等級光伏最大可開放容量分析以電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠準(zhǔn)則為基礎(chǔ)，考慮光伏接入準(zhǔn)則，對電網(wǎng)潮流、短路電流、安全穩(wěn)定和可靠性，包括各線路和主變的潮流變化、電壓質(zhì)量檢驗，短路電流分析，考慮光伏驟變情況下，電網(wǎng)運行的系統(tǒng)備用和頻率穩(wěn)定等。

3.2 相關(guān)原則

近幾年來，國家電網(wǎng)和浙江省在短期內(nèi)頒發(fā)了一些光伏接入電網(wǎng)規(guī)定，對光伏的接入容量做出限制。主要方法是容載比法和最大輸送容量法：

Q/GDW617-2011國家“光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定”，4.3條接入容量規(guī)定：小型光伏電站總?cè)萘坎荒艹^上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%或上級變電站最小單臺主變?nèi)萘康?5%，或者如果光伏電站以T接入方式接入公用線路，其按照總?cè)萘繎?yīng)不大于該線路最大輸送容量的15%到30%。

Q/GDW480-2010：國家“分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定”，第4條規(guī)定，分布式電源總?cè)萘吭瓌t上不宜超過上一級變壓器供電區(qū)域內(nèi)最大負(fù)荷的25%。

浙江省電力公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用細(xì)則（試行）2009年版本：4.4條規(guī)定，光伏電站總?cè)萘繎?yīng)控制在上一級變電站最小單臺主變?nèi)萘康?5%，光伏電站T接入10千伏公用線路，其按照總?cè)萘繎?yīng)控制在該線路最大輸送容量的15%以內(nèi)。

3.3 本文模型建立

本文綜合以上結(jié)論，考慮在以下多重約束條件下構(gòu)建模型，1）各主變最大負(fù)載能力；2）各線路最大負(fù)載能力；3）各節(jié)點電壓在規(guī)定的最大和最小值范圍內(nèi)；4）各節(jié)點短路電流不超過規(guī)定的最大值；5）變電站內(nèi)最大潮流轉(zhuǎn)移能力

3.4 低壓模型及案例

低壓光伏發(fā)電接入：目前最多的是單相接入方式。低壓配電網(wǎng)光伏接入最大的約束條件：電壓質(zhì)量，即電壓升高和三相不平衡。設(shè)定電壓偏差最大為5%，負(fù)序電壓不平衡度最大為4%。

低壓線路最大負(fù)載率：在24%的光伏接入情況下，在最大和最小負(fù)荷情況下，380伏低壓電網(wǎng)的線路負(fù)載率均滿足約束條件。

低壓短路電流和保護：分布式光伏經(jīng)過逆變器。通常來說，短路電流一般不超過正常運行電流的1.5倍，因此，短路電流增加不多。

同樣，限制可開放容量的最大約束還在于電壓升，即電壓質(zhì)量問題。光伏系統(tǒng)在電網(wǎng)中的接入點，即光伏接入點與配變的距離。在此情況下，約束電網(wǎng)光伏開發(fā)容量的不是三相不平衡，而是電壓升，即電壓質(zhì)量問題。

總的來說，低壓樹干型配電網(wǎng)光伏可開放容量分析建議不超過20%最大負(fù)荷。當(dāng)光伏接入超過20%的時候，建議進行具體的接入分析。

低壓放射型配電網(wǎng)光伏可開放容量分析建議不超過30%最大負(fù)荷。

3.5 中壓模型及案例

不同的運行方式和負(fù)荷水平下，系統(tǒng)的特性有所差異，潮流的分布和大小，短路容量等也有所差異。電能質(zhì)量中的電壓偏差、諧波等指標(biāo)和網(wǎng)損及保護等方面都與系統(tǒng)的運行方式和負(fù)荷有直接的聯(lián)系。

另外，分布式光伏發(fā)電不同的接入位置對電網(wǎng)的消納能力也有不同的影響，因此，分析電網(wǎng)光伏的消納能力，光伏的位置也很重要。

針對不同的導(dǎo)線截面和各個分區(qū)的典型接線模式，進行潮流計算，模擬得出電網(wǎng)最大可開放容量跟線路的長度、導(dǎo)線類型、光伏接入的地點緊密相關(guān)。總結(jié)來說，典型曲線如下：

4 結(jié)論

考慮到模型的精度和10千伏和低壓電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可能跟典型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有所偏差，在檢驗光伏接入時，可以考慮一定的裕度，比如20%。根據(jù)德國的光伏發(fā)展的情況，尤其是自發(fā)自用模式，50%的光伏將接入低壓電網(wǎng)，40%左右會接入中壓電網(wǎng)，10%左右光伏容量110千伏或35千伏變電站的10千伏母線。同時，兼顧各線路的均衡開放，安排好自發(fā)自用模式，有序開放和接入各個電壓等級分配。

參考文獻

[1]李雷等. 我國光伏產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展策略研究，《中外能源》，2012年20期.

[2]付兵彬等. 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真模型的參數(shù)辨識，《電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報》，2013年05期.