基于泛在數(shù)據(jù)的分布式光伏接入研究

（國網(wǎng)浙江寧海縣供電有限公司，浙江 寧海 315600）

0 引言

近年來，隨著常規(guī)能源的日益短缺和環(huán)境污染的日益加重，清潔環(huán)保的可再生能源利用得到迅猛發(fā)展。其中，分布式光伏以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到了國家大力扶持以及國內(nèi)外眾多技術(shù)研究人員的技術(shù)支持[1-2]，截至2018 年底，我國光伏裝機(jī)容量超過1.74 億kW，并呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。分布式光伏的大規(guī)模并網(wǎng)應(yīng)用改變了配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和潮流流向[3-6]，在綠色環(huán)保發(fā)電的同時(shí)，也給配電網(wǎng)帶來諸多影響[7-8]。

2012 年，寧海縣第一個(gè)金太陽工程并網(wǎng)發(fā)電，但在后續(xù)較長一段時(shí)間光伏業(yè)務(wù)發(fā)展緩慢。自2016 年以來，分布式光伏呈井噴式發(fā)展，截止2018 年底，寧海分布式光伏并網(wǎng)項(xiàng)目4 586 項(xiàng)。由于光伏電源的輸出具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性的特點(diǎn)，且光伏并網(wǎng)用戶的出現(xiàn)尚無規(guī)律可循，給寧海配電網(wǎng)運(yùn)營管理和服務(wù)造成巨大壓力。

能源生產(chǎn)和消費(fèi)環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)型，給傳統(tǒng)電網(wǎng)帶來新的挑戰(zhàn)。為主動(dòng)適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型，2019 年初，國家電網(wǎng)有限公司（以下簡稱“國網(wǎng)公司”）提出“三型兩網(wǎng)”目標(biāo)策略，“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”應(yīng)運(yùn)而生?！胺涸谖锫?lián)”是指任何時(shí)間、地點(diǎn)、人和物之間的信息連接和交互，而“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”是泛在物聯(lián)網(wǎng)在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)形式和應(yīng)用落地。電力大數(shù)據(jù)是泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集和融合為更多創(chuàng)新應(yīng)用創(chuàng)造了可能性。

本文基于營銷系統(tǒng)、配電網(wǎng)生產(chǎn)管理PMS2.0系統(tǒng)、調(diào)度OPEN3000 系統(tǒng)、一體化電量與線損管理系統(tǒng)和GIS 系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，采用大數(shù)據(jù)分析和深度挖掘的方法，融合泛在電力數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，探索寧?？h分布光伏項(xiàng)目接入規(guī)律，在此基礎(chǔ)上，繪制寧海縣18 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道、7 個(gè)供電分區(qū)光伏接入及發(fā)展的熱力圖，為分布式光伏項(xiàng)目接入服務(wù)提供輔助決策支持。

1 基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的光伏地理分布

根據(jù)營銷系統(tǒng)中的用戶發(fā)電地址字段，通過編程語言，調(diào)用互聯(lián)網(wǎng)上百度地圖、高德地圖、天地地圖提供的Web API 服務(wù)接口，以及數(shù)據(jù)清洗、校驗(yàn)等后續(xù)處理，得到寧海縣4 586 項(xiàng)分布式光伏安裝用戶的地理編碼經(jīng)緯度坐標(biāo)，如表1所示。

以寧?？h行政邊界為底圖，生成分布式光伏項(xiàng)目現(xiàn)狀聚類圖，如圖1 所示。

圖1 寧海分布式光伏分布現(xiàn)狀

圖1 直觀地展示了分布式光伏的接入位置及空間分布密集程度，體現(xiàn)了寧海分布式光伏項(xiàng)目分布的可視化效果。然而，對(duì)于寧?？h分布式光伏用戶在行政鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道尺度下的量化分布情況，仍需進(jìn)一步展現(xiàn)其分布情況。

2 基于營銷系統(tǒng)數(shù)據(jù)的光伏行政分布

寧?？h下轄4 個(gè)街道辦事處、14 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。從表1 的“發(fā)電地址”字段，截取18 個(gè)行政區(qū)劃名稱，并按名稱統(tǒng)計(jì)光伏項(xiàng)目所屬行政區(qū)域分布情況，如圖2 所示。

圖2 各區(qū)域分布式光伏項(xiàng)目分布情況

由圖2 可知，從各區(qū)域的分布裝機(jī)容量分布情況來看，桃源街道、梅林街道和躍龍街道位居前三，分別為31 400.625 kW，16 208.23 kW 和14 837.932 kW；從各區(qū)域的光伏項(xiàng)目分布數(shù)量情況來看，躍龍街道、長街鎮(zhèn)和桃源街道位居前三，分別為559 項(xiàng)、546 項(xiàng)和516 項(xiàng)。

圖2 直觀展示了各區(qū)域分布式光伏項(xiàng)目的分布情況，可為配電網(wǎng)安全檢修、動(dòng)態(tài)規(guī)劃和營銷接入服務(wù)提供可視化的輔助決策支持。

3 基于季節(jié)和功能分區(qū)的光伏接入

光伏滲透率一般是指分布式光伏裝機(jī)容量與區(qū)域最大負(fù)荷的比值[9-11]。以光伏容量來定義滲透率，可以很好地體現(xiàn)區(qū)域配電網(wǎng)內(nèi)光伏裝機(jī)容量的飽和程度：

表1 分布式光伏安裝用戶的地理編碼經(jīng)緯度統(tǒng)計(jì)

由于光伏發(fā)電受太陽能光照幅值、天氣和溫度影響較大，因此，本文選取不同季節(jié)典型時(shí)段、不同光伏滲透率對(duì)配電網(wǎng)凈負(fù)荷[4，12]的影響進(jìn)行示意分析。為使分析具有較強(qiáng)的通用性，負(fù)荷采用標(biāo)幺值來表示，如圖3 所示。

圖3 典型時(shí)段不同光伏滲透率對(duì)系統(tǒng)凈負(fù)荷的影響結(jié)果

不同負(fù)荷功能區(qū)因其不同的用電特性，對(duì)分布式光伏的消納也不同。本文選取工業(yè)功能區(qū)、商業(yè)商貿(mào)區(qū)、城鎮(zhèn)居住區(qū)和農(nóng)村地區(qū)4 類典型區(qū)域[13]進(jìn)行分析，如圖4 所示。

圖4 不同負(fù)荷類型用戶光伏滲透率與系統(tǒng)凈負(fù)荷關(guān)系

4 實(shí)例應(yīng)用

4.1 區(qū)域光伏滲透率分析

目前，國網(wǎng)公司配電網(wǎng)規(guī)劃采用網(wǎng)格化規(guī)劃，按照負(fù)荷性質(zhì)、用地性質(zhì)特點(diǎn)等，可將寧海配電網(wǎng)劃分為岔前黃分區(qū)、力長分區(qū)、梅深分區(qū)、強(qiáng)佳橋分區(qū)、桃源分區(qū)、西店分區(qū)和躍龍分區(qū)7 個(gè)分區(qū)，各分區(qū)2018 年光伏滲透率如表2所示。

根據(jù)“浙江百萬光伏”計(jì)劃，至2020 年，寧波全市將建成家庭屋頂光伏裝置9 萬戶，寧海計(jì)劃達(dá)到12 000 戶左右，結(jié)合各分區(qū)的負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果，得到2020 年各分區(qū)光伏滲透率，如表3所示。

4.2 區(qū)域光伏接入布局熱力圖

繪制地區(qū)配電網(wǎng)分布式光伏接入布局熱力圖，如圖5、圖6 所示?；诠夥鼭B透率分析結(jié)果，從“全接入、全消納”角度，以及配電網(wǎng)建設(shè)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度，繪制區(qū)域配電網(wǎng)分布式光伏接入布局熱力圖，其分級(jí)定義如下：

（1）儲(chǔ)能布置區(qū)，表示該地區(qū)或變電站需謹(jǐn)慎接入新的光伏項(xiàng)目，或需要適當(dāng)配置儲(chǔ)能裝置（滲透率在50%以上）[14]。

（2）控制分流區(qū)，表示該地區(qū)或變電站需評(píng)估后謹(jǐn)慎接入新的光伏項(xiàng)目，或需要進(jìn)一步考慮適宜電壓等級(jí)接入（滲透率在35%～50%）。

（3）預(yù)警評(píng)估區(qū)，表示該地區(qū)或變電站已接近安全接入線，需評(píng)估后謹(jǐn)慎接入新的光伏項(xiàng)目，或提前告知大客戶節(jié)假日低負(fù)荷時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)限電操作（滲透率在20%～35%）。

圖5 2018 年分布式光伏接入現(xiàn)狀

（4）開放歡迎區(qū)，表示該地區(qū)或變電站具備接入適量新的光伏項(xiàng)目能力（滲透率在10%～20%）。

（5）鼓勵(lì)推薦區(qū)，表示該地區(qū)或變電站可推薦接入新的光伏項(xiàng)目（滲透率在10%以下）。

表2 2018 年寧海配電分區(qū)光伏滲透率

表3 2020 年寧海配電分區(qū)光伏滲透率

4.3 光伏用戶接入引導(dǎo)策略

分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目從啟動(dòng)到并網(wǎng)運(yùn)行需要經(jīng)歷一個(gè)周期。通過制定分布現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)熱力圖，以事前有效引導(dǎo)為原則，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，在用戶并網(wǎng)咨詢階段之前，提前介入，為地方政府及供電公司電網(wǎng)建設(shè)、光伏接入服務(wù)提供參考建議。

在電網(wǎng)消納能力較強(qiáng)區(qū)域，當(dāng)新用戶報(bào)裝時(shí)，應(yīng)有效引導(dǎo)其開展光伏建設(shè)項(xiàng)目，提升接入便捷性、降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)、促進(jìn)就地消納與平衡；在電網(wǎng)消納能力有限的區(qū)域，提前告知用戶，并盡量采取集中升壓上網(wǎng)措施，減少為項(xiàng)目單獨(dú)建設(shè)相關(guān)配套設(shè)施，提升工程項(xiàng)目的計(jì)劃性、規(guī)范性和經(jīng)濟(jì)性。

5 結(jié)語

本文基于營銷系統(tǒng)、配電網(wǎng)生產(chǎn)管理PMS2.0系統(tǒng)、調(diào)度OPEN3000 系統(tǒng)、一體化電量與線損管理系統(tǒng)、GIS 系統(tǒng)以及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析和深度挖掘的方法，融合泛在電力數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，探索寧海分布光伏項(xiàng)目接入規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，繪制寧海7 個(gè)供電分區(qū)光伏接入及發(fā)展熱力圖，制定合理的能源使用策略，實(shí)現(xiàn)光伏項(xiàng)目的接入和多方利益最大化，提高分布式光伏有序接入動(dòng)態(tài)管理和服務(wù)能力。