低压分布式光伏监测指标体系研究与设计

蔡冬阳

（国网江苏省电力有限公司 江苏省南京市 210024）

江苏省积极响应国家新能源发展战略政策，在加快集中式风电、光伏开发的同时，广泛发展“自用为主、余电上网”的低压分布式光伏发电项目。目前，电力公司在低压分布式光伏并网及消纳过程中做了大量的工作，取得了不错的成绩，但随着低压分布式光伏对电力平衡、无功调节、电能质量控制、营销业务管控等带来了新的挑战，低压分布式光伏存量数据的应用与管理、业务部门内外部协调、并网及消纳服务水平等方面需要进一步改善提升[1-3]，另外随着电网体制改革的深化和电力市场的发展，电力市场运营及能源互联网建设对低压分布式光伏的监测与管理也提出了更高要求。

因此，本文结合电力公司内部对低压分布式光伏业务的管理规定与流程，以及低压分布式光伏接入对电网产生的影响，从并网、运行、消纳等多个视角立体化设计低压分布式光伏的监测指标体系，挖掘电力企业低压分布式光伏数据资源的价值，及时掌握低压分布光伏的发展趋势和潜在风险，助力企业开展相关管理提升和增值服务，同时为服务基层数据共享、以及后续数据中台应用奠定一定的基础。

1 指标体系设计思路

本文将研究对象聚焦于低压分布式光伏，基于营销系统中的数据创新建立了低压分布式光伏数据集，实现了低压分布式光伏用户档案信息、业务流程数据、电量数据、计量点采集数据、所属配变、所属线路的关联，分别从分布式新能源并网规模、消纳运行情况、并网服务效率、并网影响四个方面开展指标模型构建，最后将指标模型规则固化，形成常态化监测，为科学评价新能源发展与对电网的影响提供决策依据，用于指导低压分布式新能源相关管理工作。

2 指标体系研究内容

本文依据《GB/T 12325 电能质量 供电电压偏差》、《GB/T 29319 光伏发电系统接入配电网技术规定》、《Q/GDW 11147-2017分布式电源接入配电网设计规范》等国家标准和技术规范，依据《国家发展改革委关于2018年光伏发电项目价格政策的通知》、《国家发展改革委关于2018年光伏发电有关事项的通知》等政策和管理规定，主要研究能够指征低压分布式光伏发展的指标，以及能够反映潜在风险异常的指标，具体的技术路线如图1所示。

2.1 并网规模监测指标

对低压分布式光伏并网规模的分析与评价，主要通过分布式光伏客户的装机容量、发电量、上网电量、渗透率等指标进行评价，具体的指标定义和计算公式如下：

（1）分布式电源客户数量=∑统计期并在统计单位范围内的分布式发电的每一户用电客户。

图1：指标体系研究路径

（2）分布式光伏客户装机容量=∑统计期并在统计单位范围内的分布式发电的每一户用电客户容量。

（3）分布式光伏客户发电量=∑统计期并在统计单位范围内的分布式光伏发电电站的每一个电表计量的有功电量。

表1：低压分布式光伏监测指标体系

（4）分布式光伏客户上网电量=∑统计期并在统计单位范围内的分布式发电的每一户用电客户上网电量。

（5）分布式光伏渗透率=∑在统计单位范围内的分布光伏客户装机容量之和/该供电范围最大用电负荷。

（6）分布式光伏客户计量点容量=∑统计期同一分布式光伏客户下多个计量点容量。

（7）分布式光伏客户合同容量与计量点容量偏差=统计期同一分布式光伏客户下计量点合计容量-统计期同一分布式光伏客户合同容量。

（8）分布式光伏客户容量偏差率=统计期同一分布式光伏客户容量偏差/统计期同一分布式光伏客户合同容量。

（9）分布式光伏客户容量平均偏差率=统计期在统计单位范围内所有分布式光伏客户容量偏差率的平均值

（10）分布式光伏接入配变数量=Σ 统计期在统计单位范围内分布式光伏接入的配变个数。

（11）同一配变接入分布式光伏容量=Σ 统计期同一配变低压侧接入的光伏计量点容量。

（12）配变分布式光伏接入容量比=统计期同一配变低压侧接入分布式光伏计量点总容量/同一配变额定容量。

（13）配变平均分布式光伏接入容量比=统计期在统计单位范围内存在分布式光伏接入的配变分布式光伏接入容量比之和/统计期在统计单位范围内存在分布式光伏接入的配变数量。

（14）分布式光伏接入的线路数量=Σ 统计期在统计单位范围内分布式光伏接入的线路条数。

（15）线路平均接入分布式光伏容量=统计期在统计单位范围内存在分布式光伏接入的线路接入分布式光伏计量点容量之和/统计期在统计单位范围内存在分布式光伏接入的线路数量。

（16）分布式光伏并网点数量=∑统计期在统计单位范围内每一个分布式光伏客户并网点的个数。

（17）分布式光伏客户平均并网点数量=统计期在统计单位范围内分布式光伏并网点数量/统计期在统计单位范围内分布式光伏用户数。

（18）配变平均并网点数量=统计期在统计单位范围内分布式光伏并网点数量/统计期在统计单位范围内存在分布式光伏接入的配变台数。

（19）分布式光伏接入容量比大于25%的配变数量=统计期在统计单位范围内分布式光伏接入容量比大于25%的配变数量合计。

（20）接入分布式光伏容量大于2MW 的线路条数=统计期在统计单位范围内接入分布式光伏容量大于2MW 的线路条数合计。

2.2 并网服务效率监测指标

在前述监测指标分析的基础上，基于公司内部管理规定，针对低压分布式光伏并网服务效率进一步采用表1 中列出的第21-39 项指标进行工单、户数、方案环节等层面的监测。该类型指标应定期根据公司管理规定、效益目标和年度计划等进行调整适配。

2.3 并网消纳监测指标

（1）年度等效利用小时数=某一分布式光伏年度发电量/同一分布式光伏等效装机容量。其中，分布式光伏等效装机容量=∑统计期某一分布式光伏计量点容量*（计量点投运时间/365 天）。各地区的分布式光伏年度等效利用小时数是指该地区分布式光伏电站年度等效利用小时数的平均水平。

（2）分布式光伏客户上网电量大于发电量指标统计在一个统计周期内的某供电单位内分布式光伏发电客户在上网电量大于发电量在用户数量，是反映一段时间内一个供电区域内分布式光伏客户电量结算异常情况在指标。具体计算方法为：上网电量大于发电量在分布式光伏用户数量=∑统计期并在统计单位范围内存在上网电量大于发电量在分布式光伏发电客户在数量。

（3）分布式光伏客户连续零发电量。分布式光伏客户连续零发电量是指在统计周期内分布式光伏客户出现连续两个月连续零发电量在情况，是反映一段时间内一个供电区域内分布式发电客户发电系统运行异常或电量消纳异常的指标。具体计算方式为：连续零发电量在分布式光伏发电客户数量=∑统计期并在统计单位范围内的存在连续两个月分布式光伏发电用户在数量。

（4）还原前最大负荷、最小负荷、平均负荷。选取近一年最大峰谷差发生日作为典型日，统计典型日的最大负荷、最小负荷和平均负荷。还原前峰谷差=典型日最大负荷-典型日最小负荷；还原前峰谷差率=还原前峰谷差/典型日最大负荷*100%。

（5）还原后最大负荷、最小负荷、平均负荷、峰谷差、峰谷差率。选取近一年最大峰谷差发生日作为典型日，统计该日期区域境内所有低压分布式光伏电源总有功出力，获得典型日低压分布式光伏出力曲线。通过典型日负荷和低压分布式光伏出力数据的叠加，得到还原低压分布式光伏发电影响后的负荷曲线。统计该曲线的最大负荷、最小负荷和平均负荷，还原后峰谷差=典型日还原后负荷曲线中最大负荷-典型日还原后负荷曲线中最小负荷；还原前峰谷差率=还原后峰谷差/典型日还原后负荷曲线中最大负荷*100%。

2.4 并网影响监测指标

（1）倒送配变数量=Σ 统计期在统计单位范围内早7 点到晚7点之间，配变功率出现连续8 个点及以上为负功率的配变个数。

（2）配变最大倒送功率=MAX（统计期在统计单位范围内早7 点到晚7 点之间，配变负值功率的绝对值）。

（3）配变倒送时长=统计期在统计单位范围内早7 点到晚7点之间配变负值功率点数*0.25 小时。

（4）配变年度倒送时长=Σ 统计期在统计单位范围内配变倒送时长。

（5）配变平均年度倒送时长=某统计单位范围内配变年度倒送时长的均值。

（6）分布式光伏并网点处标称电压。指分布式光伏并网点处电压的给定值，根据电压读数判断：包括220V、57.7V、100V。

（7）分布式并网点处电压偏差。指某时段某一分布式光伏某一并网点处实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示，计算公式如下[4-5]：电压偏差（%）=（电压测量值-标称电压）/标称电压*100%。

（8）分布式光伏并网点处电压越限次数。实际电压超过运行电压上限，指某时段某一分布式光伏某一并网点处，在早7 点到晚7 点之间，若连续2 小时及以上实际电压超过运行电压上限，则认为出现电压越限，指标计算公式如下[4-5]：96 点：连续8 个点及以上大于【标称电压上限=标称电压*1.07】算一次越限；48 点：连续4 个点及以上大于【标称电压上限=标称电压*1.07】算一次越限；24 点：连续2 个点及以上大于【标称电压上限=标称电压*1.07】算一次越限。

（9）分布式光伏并网点处电压越限时长。指某时段某一分布式光伏某一并网点处在早7 到晚7 之间实际电压超过运行电压上限的时长[4-5]。计算方式与（8）类似。

（10）分布式光伏并网点处平均年度电压越限次数。指某时段某统计单位范围内所有出现电压越限的光伏并网点的年度电压越限次数的平均值[4-5]，指标计算公式如下：分布式光伏并网点处平均年度电压越限次数=统计期在统计单位范围内所有光伏并网点的年度电压越限次数之和/并网点个数。

（11）分布式光伏并网点处平均年度电压越限时长。指某时段某统计单位范围内所有出现电压越限的光伏并网点的年度电压越限时长的平均值[4-5]，指标计算公式：分布式光伏并网点处平均年度电压越限时长=统计期在统计单位范围内所有光伏并网点的年度电压越限时长之和/并网点个数。

（12）分布式光伏配变母线处标称电压。指分布式光伏配变母线处系统电压的给定值，根据电压读数判断：包括220V、57.7V、100V。

（13）分布式配变母线处电压偏差。指某时段某分布式光伏配变母线处实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值[4-5]，以百分数表示，计算公式如下：电压偏差（%）=（电压测量值-标称电压）/标称电压*100%。

（14）分布式光伏配变母线处电压越限次数。实际电压超过运行电压上限，指某时段某一分布式光伏配变母线处，在早7 点到晚7 点之间，若连续2 小时及以上实际电压超过运行电压上限，则认为出现电压越限[4-5]，指标计算方式与（8）类似。

（15）分布式光伏配变母线处电压越限时长。指某时段某一分布式光伏配变母线处在早7 到晚7 之间实际电压超过运行电压上限的时长[4-5]。计算方式与（8）类似。

（16）分布式光伏配变母线处平均年度电压越限次数。指某时段某统计单位范围内所有出现电压越限的配变母线监测点的年度电压越限次数的平均值[4-5]，指标计算公式：分布式光伏配变母线处平均年度电压越限次数=统计期在统计单位范围内所有监测点的年度电压越限次数之和/监测点个数。

（17）分布式光伏配变母线处平均年度电压越限时长。指某时段某统计单位范围内所有出现电压越限的配变母线监测点的年度电压越限时长的平均值[4-5]，指标计算公式：分布式光伏配变母线处平均年度电压越限时长=统计期在统计单位范围内所有监测点的年度电压越限时长之和/监测点个数。

（18）配变正向负载率。配变正向负载率指标反映了单个配变在一天内运行中出现过的正向最大利用率，体现了配变在系统不同运行方式下满足负荷需求的充裕度，也可在一定程度上反映配变的安全运行情况。指标计算方法：配变正向负载率=日正向最大负荷/配变容量（%），变压器的负载率较低时，则变压器没有被充分利用。而长期过高的负载率则会使变压器线圈的温度升高，使得其绝缘材料的机械性能及电气性能下降，降低使用寿命。

（19）配变正向重载、超载次数。在传统辐射状电力网络中，配变端下送功率，配变正常运行是指最高负载率介于20%～80%之间的配变。重载配变是指正常运行方式下最高负载率介于80%到100%之间的配变。超载配变是指正常运行方式下最高负载率大于100%的配变。为区分接入光伏后配变下送功率有可能变为上送功率，导致负载率为负，在此定义，配变端下送功率的最高负载率出现重载、超载或轻空载现象为正向重载、正向超载。

由于在实际数据处理过程中，96点负荷往往存在数据质量问题，所以为了避免数据质量影响，本论文采用连续两个小时负载率介于以上范围之间，才称配变出现了正向重载、正向超载。

（20）配变反向负载率。当光伏电源容量较大时，存在倒送的光伏功率，配变从承担下送功率变成承担倒送功率，这种情况下，将倒送最大功率与配变容量的比值定义为反向配变负载率[6-7]，公式如下：反向配变负载率=倒送最大功率/配变容量（%）。

（21）配变反向重载、超载次数。当光伏电源所发功率远远大于配变负荷时，配变将可能出现反向重载或反向过载情况。反正重载是指反向负载率介于80%到100%之间的配变；反向过载配变是反向负载率大于100%的配变[6-7]。由于在实际数据处理过程中，96 点负荷往往存在数据质量问题，所以为了避免数据质量影响，本论文采用连续两个小时负载率介于以上范围之间，才称配变出现了反向重载、反向超载。

（22）执行力调电费的分布式光伏用户数。指某时段某统计单位范围内执行力调电费且安装了分布式光伏发电项目的用户数量[8]。指标计算公式为：执行力调电费的分布式光伏用户数=∑统计期在统计单位范围内执行力调电费且安装了分布式光伏发电项目的用户数量。

（23）执行力调电费的分布式光伏用户罚款户次=近一年在统计单位范围内执行力调电费的分布式光伏用户罚款户次。

（24）执行力调电费的分布式光伏用户年均罚款户次=∑近一年在统计单位范围内执行力调电费的分布式光伏用户罚款户次/近一年在统计单位范围内执行力调电费且出现罚款的分布式光伏用户数量。

3 指标体系研究成果

通过研究与实践，最终形成了4 个维度指标构成的低压分布式光伏监测指标体系，通过对比上述指标在不同空间维度和不同时间维度的计算结果，能够有效的监测低压分布式光伏发展趋势，掌握当前并网服务的效率，分析电量消纳和电力消纳水平，以及低压分布式光伏接入后可能引起的功率倒送、电压越限等问题，最终的指标体系如表1所示。

4 总结

低压分布式光伏的迅速发展对公司的分布式能源新装增容服务水平、对电网的消纳能力提出了挑战，本文立足于强化低压分布式光伏的监测管理，服务于低压分布式光伏的健康发展，从并网规模、并网服务效率、运行消纳、并网影响四个方面建立了指标监测模型，该指标体系具有较高的实操性，通过对该指标体系的分析与评估，能够帮助电网公司实时常态把握低压分布式光伏发展现状及趋势、快速定位管理短板、掌握分布式新能源运行消纳及并网影响，指导下属企业分布式新能源管理及评估工作。