面向分布式光伏接入主动消纳的配电网规划实证分析

齐霞 张洁 谷欣龙 朱茳

摘 要：以华北地区某区域分布式光伏项目为例，提出配电网接入不同分布式电源的限制条件，分析不同情形下分布式电源接入的极限容量；并从分布式电源接入位置优化的角度比较不同分布式电源接入方案的经济性。研究结果表明准确确定允许分布式电源接入线路的容量以及分布式电源的接入位置是实现配电网主动消纳分布式电源的重要考虑方面，可供在未来配电网规划工作中科学把握。

关键词：分布式接入；光伏发电；配电网规划；极限容量；优化；经济性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.179

1 引言

随着我国经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，对能源的需求不断加大，全社会用电负荷也在持续上升；能源短缺与一次能源消耗引起的各种环境问题也越来越受到重视，大力发展分布式发电成为解决能源短缺与环境问题的重要途径。分布式发电相较于集中式发电，具有降低污染物排放、地点安装灵活、提高能源利用效率等优点；同时，分布式发电节省了运行费用和输配电资源，减少电网的总容量，同时又能减少输电线路的损耗，从而提高了供电可靠性[1]。

目前，随着分布式电源的快速发展及接入配电网规模的不断扩大，亟待提出从间歇式电源和电网双重角度考虑的，并以提升配电网适应性和提高分布式清洁发电主动消纳能力为目标的配电网规划理论与实用方法。基于此，本文将从配电网规划角度出发，以华北某地配电网和分布式光伏发电项目为实例，研究配电网主动消纳分布式电源的极限容量问题，并对分布式光伏电源的接入位置进行经济性分析，为分布式电源接入配电网相关工作的开展提供理论依据和实践参考。

2 考虑分布式电源接入的配电网规划研究现状

目前，随着分布式风力发电、分布式光伏发电等间歇式电源大量接入配电网，对配电网在安全性、可靠性、经济性等方面均产生了新的较大的影响，因此，如何合理规划建设具有对分布式电源接入有较强适应性的配电网成为现今迫切需要研究的问题。

根据相关文献研究，目前考虑分布式电源接入的配电网规划问题的研究方法按照规划对象可划分为两类：第一类方法是仅从单独的分布式电源角度考虑其容量、位置、接入点等的规划研究；第二类方法是考虑分布式电源与配电网间耦合动态适应性的协同规划。从理论研究层面上看，上述第一类方法主要考虑的因素相对简单、规划工作效率高，主要从供配用电可靠性、环保性、综合经济性和电力市场竞争性等方面考虑进行分布式电源建设规划；但该类方法因未能做到源网统筹兼顾，暴露出难以有效反映电网对分布式电源接入的适应性、难以很好适应未来分布式电源大量接入配电网的发展趋势及促进配电网建设规划的动态发展等问题[2]。第二类方法则从源网双重角度考虑，能有效从动态耦合多尺度考虑分布式电源、电网和负荷间的协调机制。一方面可提升分布式电源的安全可靠性，另一方面能够较大程度考虑电网与分布式电源间的相互影响，优化电网自适应能力，在促进电网安全、高效运行的同时，提高清洁能源的互补置换能力和电网接纳能力，促进配电网规划建设的良性发展，有望成为今后考虑分布式电源配电网规划的有应用前景和工程价值的主流方法[3，4]。

3 典型区域分布式电源接入实证分析

本文选取华北某典型区域配电网作为研究对象，利用最优化技术算法对配电网网架分布式接入极限能力进行分析。在计算过程中先提出设定如下6个相互独立的测试条件，及禁止倒送、电压质量约束、允许无功补偿、考虑支路限额、考虑主变压器容量、考虑负荷转供。

3.1 分布式电源接入极限容量分析

本研究选定的典型区域配电网包含220kV变电站1所（简称为“M”）、110kV变电站3所（分别简称为“S1”、“S2”、“S3”），其中，220kV变电站为该区域220kV关口主变。在考虑上述6个测试条件的情况下，3所110kV变电站下辖的10kV变电站均具有接入光伏发电能力（电压范围标幺值取0.85-1.15），不同测试条件下的分布式光伏极限接入容量如表1所示。

从表1中可以看出，对于情形1，极限容量为610MW，但由于未考虑支路限额与主变容量，因此这实际上仅一个初设值，无法真正接入这些容量的分布式电源。从情形1与情形2的对比可以发现，适当的无功补偿设备可以增加分布式电源的接入能力；从情形1、2、3则可以看出，随着约束条件的加强，可接入的极限容量也持续下降；情形1与情形6的对比显示，当不允许倒送时（这也符合实际电网运行的要求），接入极限容量大大降低，由于未考虑设备限额约束，此时的容量代表了配网分布式电源本地消纳的极限；情形3、5、7、9、10的接入极限容量均为64MW，为表中最小值，因此对于该典型区域目前配电网网架结构，其分布式电源接入极限容量的瓶颈为线路最大电流值，即允许接入光伏电源的线路容量限制了该地区进一步接入分布式电源的可能，建议加强光伏接入路径上的线路建设。该地区的负荷转供并未对分布式电源接入电量造成影响，这是由于存在转供关系的设备与具备分布式电源接入条件的设备之间无交集所造成。对于该典型地区而言，区域内负荷总量为140.41MW，根据情形10的分布式电源接入极限容量64MW，可得出该典型地区当前态的极限消纳率指标（DG-MAX/LOAD）为0.46。

3.2 分布式电源接入位置经济性分析

该典型区域简化后的配电网地理接线图以及变电站电压等级和定额容量如图1所示。

当地规划接入的分布式电源总容量为30MW，该区域网架最大电能消纳的分布式电源容量为80MW，能够消纳规划接入的分布式电源容量。该地区光伏电站共6个，若平均分配，则每个电站接入5MW，根据《配电网规划设计技术导则》，5MW容量的分布式电源应接入10kV线路。为了提高系统经济性和供电可靠性，需要对分布式电源的接入位置进行优化。以S1变电站及其低压侧S1-I和S1-II线路为例，若分布式电源全部接入其中的某一条线路，即有均仅接入S1-I或S1-II两种情形。分别计算这两种情形下对应线路的负载率，均为2.0711%。考虑到当地资源分布和地理环境情况，为了减小新建线路的造价，分布式电源一般选择就近接入线路，假设S1-I线接入位置为A点、S1-II线接入位置为B点，且分布式电源接入S1-I或S1-II线后，均不会引起线路过载，则以1年为周期计算两种接入情况下的经济性指标，结果如表2所示。

由表2可以看出，虽然两种分布式电源接入方案均满足N-1准则，但接入S1-I线上的节点A时总费用较小，因此从经济性和安全性角度综合考虑，分布式电源更适合从A位置接入S1-I线。

4 结论

本文从分布式电源接入极限容量和分布式电源接入位置经济性两个方面研究了配电网接入分布式光伏电源的极限能力。（1）在分布式电源接入极限容量方面，通过对配电网典型区域进行配网分布式能源极限算法的优化模型计算，可以得到特定配网方式下的分布式电源接入极限容量，当前配电网网架结构下，分布式光伏接入极限容量的最大瓶颈是线路最大电流值。（2）在分布式电源接入位置优化方面，分布式光伏电源的最佳接入方案将为分布式间歇式电源规划建设、系统接入、配电网规划提供支持，对提高光伏发电的能源利用效率和利用水平，提升清洁能源的替代置换效益，促进能源利用方式的转换具有实用价值。

参考文献：

[1]于建成，迟福建，徐科等.分布式电源接入对电网的影响[J]. 电力系统及其自动化学报，2012，24（01）：138-141.

[2]黄炜，刘健，魏昊焜等.分布式光伏电源极端可接入容量极限研究[J].电力系统保护与控制，2015，43（03）：22-28.

[3]周杨烯.配电网规划中的分布式电源定容与选址[D].湖南大学， 2011.

[4]钟嘉庆，叶治格，卢志刚.分布式发电注入容量与接入位置的优化配置分析[J].电力系统保护与控制，2012，40（07）：50-55.

作者简介：齐霞（1983-），女，北京人，研究生，工程师，研究方向：电力技术经济、电力工程造价。