区域电网光伏发电对电力系统规划的影响及分析

2021-12-03

油气田地面工程 2021年5期

中油电能电力研究设计院电力设计室

近年来，随着我国太阳能发电技术的快速发展，其装机容量已经位居世界前列，分布式光伏发电作为我国应用最广、数量最庞大的新能源发电方式之一，其对保护环境和降本增效都起到了至关重要的作用。

1 分布式光伏发电现状

分布式光伏发电主要利用光伏元器件将太阳能转换成电能，具有分布式发电和新能源的共同优点。所以，我国大部分地区都大力推行分布式光伏发电。而这种发电方式也会对传统电网运行带来影响[1]，如影响传统电网输出功率的预测。太阳能发电量与受辐射强度有直接关系，由于昼夜交替、四季变换、阴晴变化等多因素影响，太阳能发电的波动性较大，增加了输出功率预测的难度，但传统电网绝大部分都是根据区域电网内负荷最大需求量进行输出功率的预测，而未将分布式光伏发电等新能源发电量考虑在内。分布式光伏发电会给配电网安全运行带来一定隐患，分布式光伏发电系统的接入，一定程度上改变了传统电网的结构，将整个区域电网分割成许多有源配电网，系统潮流方向由单向变为双向，这种改变对传统电网的系统电压特性、保护设置等造成一定影响，增大了系统电压越限的可能性，影响电网安全平稳运行[2]。

电网发生故障时，会造成部分区域停电，而分布式光伏发电会使该停电区域的部分线路仍在保持带电状态，这使得电网调度无法对该区域的电网进行控制，对电网安全运行造成隐患，也容易危害人身安全和造成设备损害，导致不必要的电力纠纷[3]。

2 主动配电网的基本特点

主动配电网是通过主动控制潮流来实现对分布式能源发电管理的区域电网。其主要优势在于可以合理分布分布式能源，在合法的准入协议和网络环境下，利用先进的技术手段使分布式资源能为配电系统提供电能输入，实现了分布式能源的合理利用[4]。关键技术以数据融合技术、能量管理、保护控制以及电压控制等为主。

（1）数据融合技术。数据融合技术通过数据融合算法将电网中关键数据进行整合优化，比如分布式光伏发电数据，电网的SCADA 实时数据以及用户侧的负荷数据等。当电网发生故障时通过全方位、全时域故障信息来主动研判和精确定位，指导抢修人员快速抢修，缩短电网故障时间，从而提高主动配电网的运行可靠性。

（2）能量管理。通过能量管理技术可以达到区域电量管理，实现全局电网的优化，该技术通过智能终端技术和传感器拓扑网络来识别区域电网的负荷特性及运行状态。同时，可基于电网多源数据平台，利用大数据分析技术，预测区域电网的负荷需求，实现主动配电网的可观可控。

（3）保护控制。保护控制技术主要利用数据融合、智能模式识别等对主动配电网的自适应保护和直流保护等进行控制、精准判断、识别故障点和故障区段，可以迅速指导抢修人员进行抢修，恢复送电。

（4）电压控制。通过区域电网的电压控制技术可以对电压控制能力和控制环节进行跟踪预测。分布式光伏发电增大了区域电网电压调节的难度，但如果控制好无功电压控制环节就可以预测该区域的无功需求和无功可调节量，保证新能源接入的电压控制。

主动配电网的关键技术还有很多，主要都是在确保传统电网正常运行的基础上，尽可能地接入分布式光伏发电，并且通过保护控制和电压控制等技术来规范区域电网的分布式发电装置、储能装置。主动配电网可以很好地平衡区域电网内传统电网与分布式光伏发电系统的技术标准和控制模式，进而大幅度提高区域电网内分布式光伏发电的利用率。

3 协调发展的建议

分布式光伏发电与主动配电网协调发展十分必要，通过技术手段可达到互相促进、取长补短的效果。

（1）制定严谨的技术规范。技术的规范性有利于区域电网与分布式光伏发电间的协调发展，特别是光伏发电设备在施工安装中要通过严谨的施工流程和合理的技术规范来保障其运行的稳定性[5]。分布式光伏发电与常规发电技术有很大不同，只有通过严格的运行规程和过硬的技术手段来保证电能的质量，特别是当电网发生故障时，更需要专业的技术手段去解决。由于区域电网每年都会有检修和新改扩建等电力施工工程，其负荷也会有很大波动，如果没有过硬的技术手段，就无法保障系统的平稳运行，更无法使两者协调发展。

（2）符合区域电网需求。分布式光伏发电的设计与施工一定要配合区域电网的发展方向，针对不同区域的电力负荷需求和重要负荷的分布等情况，应用相应的配电技术[6]。对于经济发展相对落后、能源需求量小、电力匮乏、配电网基础设施的安装技术也相对薄弱的区域应用分布式光伏发电技术时全面考虑地域特点，结合相应的供电能力，确保分布式光伏发电和区域电网协调稳定运行。针对用电负荷大、用户较多、电网拓扑结构复杂的区域，其光伏发电的储能和功率应该满足电网的需求。另外，必要的继电保护配置也是确保电网安全的必要技术手段，确保两者协调发展。

（3）充分试点试验。由于环境等外在因素的无法预测性，导致电力系统相关技术相对较为复杂，尤其是当配电网引入了分布式光伏发电系统之后，如果不经过多次小范围内的模拟运行试验，很难保证两者可以兼容运行，互不干扰[7]。比如在配电网中可以找一些典型的适合试验的区域，将分布式光伏发电技术引入到该区域进行试验，用来分析试运行过程中所出现的问题。虽然会耗费一些成本，但是从长远角度来看，对电网安全平稳运行十分必要。经过不断总结分析，改良后的技术更加成熟，运行方式更加合理，相应的问题也会得到解决。同时，待技术成熟后可以将其应用到更大的电力工程建设中，从根本上保障两者之间协调发展[8]。

（4）发挥辅助功能。分布式光伏发电的接入虽然会给主动配电网带来一定的影响，但同时其作为一种可控资源也具有独特的运行优势。由于其自身特点，光伏发电所产生的电能大部分在本地使用，相比传统电网有效解决了在升压和长距离输送电过程中所造成的电能损耗，提升了电能的使用率，能够给配电网的优化、稳定运行带来一定的辅助作用[9]。

（5）避免谐波影响。由于分布式光伏发电自身特点，其产生的电能需要进行电能转换后才能接入电网，而电能转换后所产生的谐波，对电网平稳运行有一定影响；电能转换装置其抗负荷过载能力和故障排除能力与传统的发电机差距较大，存在一定风险，光伏发电占传统发电的比例越高，谐波的影响也就越显著，所以避免电力谐波对主动配电网的影响也至关重要[10]。