能源互联网背景下的光伏接入电网管理模式探索

李晓永 吴树茂

（国网天津市电力公司城西供电分公司，天津 300190）



能源互联网背景下的光伏接入电网管理模式探索

李晓永 吴树茂

（国网天津市电力公司城西供电分公司，天津 300190）

摘 要：随着科学技术的日新月异，全球能源互联网作为一场新的能源革命正在孕育而生，特高压电网、智能电网、清洁能源成为能源互联网发展的支撑平台，本文在此背景下，对大规模光伏系统接入电网后的影响进行了分析，并提出以完善标准、统筹规划、在线监测、创新调控、“源-网-荷-储”协调，加快新能源电力系统改革等措施促进电网企业在光伏管控方面适应全球能源互联网发展。

关键词：能源互联网；光伏接入；调控管理

一、全球能源互联网概述

2016年2月29日，《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》正式发布，意见中指出：能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等主要特征。国家电网公司董事长刘振亚提出全球能源互联网的实质就是“特高压电网+智能电网+清洁能源”，特高压电网是关键，智能电网是基础，清洁能源是根本。

能源互联网是推动我国能源革命的重要战略支撑，对适应可再生能源规模化发展，提升能源开发利用效率，推动能源市场开放和产业升级，形成新的经济增长点，提升能源国际合作水平具有重要意义。太阳能光伏发电作为能源互联网的一个重要分支，对清洁能源的贡献不可估量，从电网发展角度考虑，太阳能光伏发电系统大规模接入电网运行，实现清洁能源消纳，还可以节约成本、降低环境污染，有着重要的经济意义和社会意义。

二、光伏发电系统的组成及并网方案

太阳能光伏发电系统利用“光伏效应”的基本原理，通过太阳能电池板作为介质，将太阳能转换成电能。

1. 光伏发电系统的组成

并网运行的太阳能光伏发电系统主要是由太阳能光伏电池组件、光伏阵列汇流箱、交直流配电柜、光伏并网逆变器等设备组成。其中，最基本的是太阳能电池，也是一种半导体器件，具有“光生伏打”效应。太阳光照射强度以及电池板的面积大小与电池的电流大小成正比。其次，是光伏阵列汇流箱，它的作用是汇流，先串联后并联，而后输出直流电，经逆变器转变为交流电（光伏专用），实现并网。除了主要的组成机构以外，接入系统设备、系统的通信监控装置、防雷及接地装置、滤波装置、无功调节装置、电能质量监测装置等等，主要对光伏并网的运行监控、提高电能质量等方面起支撑作用。

2. 光伏系统接入配电网方案研究

方案一：光伏发电系统专线接入公用站，占用公用变电站10kV间隔，出线线路上无其他任何性质的负荷，并网点设置为用户进线断路器，由该断路器控制光伏系统是否并网运行。该方案多为自发自用、余电上网类型的光伏系统使用。从供电企业角度考虑，此类型光伏系统接线简单，故障情况下隔离速度快，影响小。

方案二：光伏发电系统“T接”接入10kV配电线路，即在原有常规线路的某一个点接入光伏系统，该线路仍为其他用户供电，作为原线路的一个分支，即是负荷也是电源，需考虑与原线路保护的配合。

方案三：10kV专线客户本站低压接入光伏系统后，该用户仍以普通负荷性质接入电网，光伏系统在用户站低压侧安装开关为并网点，资产为用户内部管理，这样能够使用户能够同时满足常规电网用电和光伏系统用电。此方案多为自发自用、余电不上网类型的光伏用户使用。

方案四：为满足具备条件的10kV用户站对光伏的接入需求，将方案二与方案三融合，更大程度地解决了路由问题，节约成本，为清洁能源消纳提供更优策略。但缺点是接线复杂，不易管控，相关设备改造不能同步，相关技术课题有待进一步研究。

三、光伏系统接入对电网运行的影响分析

1. 光伏接入对继电保护的影响

就目前电力系统继电保护而言，小容量光伏系统接入低压可能不会对系统保护运行造成影响，但是在能源互联网发展的未来，光伏以及各类清洁能源大规模的并网将使系统各项参数发生变化，例如短路阻抗等。在系统发生故障时，短路电流会因光伏电源的存在发生变化，极易出现保护失去灵敏性和选择性。其次是对系统潮流的影响，对方向性配合要求更高。在能源互联网建成的未来，光伏发电系统占比扩大，需要继电保护协调配置，并满足不同电源的接入，满足特高压电网运行要求，形成更为智能、灵活的继电保护系统。

2. 光伏接入对供电网络电能质量的影响

我们知道，太阳能系统受天气光照影响较为直接，不能提供稳定的能源转化会使光伏系统出现各种扰动、谐波等，进而影响供电系统对用户的供电频率、供电电压等电能质量标准，对人们生活、生产造成困扰。在常规电网接入光伏系统可以通过电力电子逆变器、有源滤波器等措施减少对其对电能质量的影响，但在全球能源互联网飞速发展的未来，供电网络将通过“源-网-荷-储”协调发展、集成互补，将分布式能源转型为常态电源，降低光伏接入对电能质量的影响，为全球能源用户提供稳定的电能供应。

3. 光伏接入对电网调控管理的影响

电网调度控制中心作为电力系统正常稳定运行的守护者和指挥者，对光伏发电的接入影响有着更为直观的感受，按照调度范围和电压等级不同，调控管理工作也将面临光伏系统并网后，在电网方式调整、优化网络运行、电网规划、建设等方面的困难。在能源互联网背景下，供电企业应创新调控管理模式，在电网调频调峰、电网故障处理、计划检修工作、防孤岛效应等方面充分考虑能源互联、集成协调、智能优化、三网合一，建立适应新能源电力系统的调控管理模式。

建立适应能源互联网的光伏管理新模式

电网企业为适应全球能源互联网的发展，应在现有管理理念的基础上，针对光伏管理采取以下几方面的措施：

（1）建立健全有针对性的管理标准。能源互联，标准先行，《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》已经发布，在意见的指导下，电网企业应积极探索太阳能开发具体技术领域的新标准，形成较为完备的技术及标准体系，并推动实现国际化，引领全球能源互联网的发展。

（2）从源头出发，长远统筹互联网规划。能源互联网背景下的能源与电力规划关键技术应向着多能聚合、互补协调的方向发展，着力研究新型太阳能体系及其耦合机理，能源互联网规划方案优化及评价指标体系的建立，太阳能及储能等关键设备的规划与投资等等。

（3）创新电网调控运行管理模式。加强调控系统人员技术培训，熟练掌握光伏并网运行的技术要求，开展含光伏系统的各类故障演练，探索大规模光伏接入后对电力系统负荷预测的影响。在供电企业内部建立“规划-营销-运维-调度”协同化管理模式，全过程管控光伏系统接入电网运行。

（4）“源-网-荷-储”协调，加快新能源电力系统改革。光伏接入电网运行作为有源网络，从清洁能源利用、用户多元化需求、智能电网建设等方面对新能源电力系统建设提供支撑，通过“源-网-荷-储”协调发展、集成互补，进而促进能源互联网发展。

结语

在全球能源互联网发展的大背景下，太阳能光伏发电系统的各项技术的成熟和实践应用，将成为清洁能源高效利用的主要组成部分。在天津，风、光等多种形式新能源的消纳利用和并网已有大量成功案例，大中小不同企业以及居民个人的示范项目在天津全面落地开花，国网天津电力正在以模式创新为突破点，进一步创新分布式电源并网服务和技术，确保清洁能源安全便捷并网、100%消纳，支撑全球能源互联网发展，着力解决能源安全、环境污染和气候变化等问题，让人们生活更加美好，让世界成为能源充足、天蓝地绿、和平和谐的地球村。

参考文献

［1］曾鸣，杨雍琦，李源非，等.能源互联网背景下新能源电力系统运营模式及关键技术初探［J］.中国电机工程学报，2016，36（3）：681-691.

中图分类号：TM61

文献标识码：A