含光伏发电的配电网消纳能力研究

杨俊，纪云龙，蒙昌营，王基圳，段银环，杨娟

（国网新疆电力有限公司昌吉供电公司，新疆 昌吉 831100）

1 研究背景

世界环境日趋恶劣以及全球资源逐渐紧缺是眼下社会所主要面临的重大问题。所以，利用清洁能源作为发电材料的方法，近年来在世界范围受到了重点关注。清洁能源发电技术从未像今天这样倍受世界关注，并且逐渐走向主流。而分布式光伏发电就是其中一种可再生清洁能源，并且经过近年来的发展，光伏发电技术已经慢慢地成长为一种解决环境恶劣以及资源紧缺这两大问题的主要手段之一。目前该项发电技术的普遍容量为13400MW，根据技术人员的研究表明，预计2050年，由于太阳能直接运用于光伏发电中的比率会提高至13%～15%，同时由于我国基于对环境保护的策略，因此会大力推动光发电技术以及产业的发展。

由此来看，光伏相关产业的创新以及进步是十分明显的，其经济效益也十分显著，虽然光伏企业为国家带来了种种好处，其发展也正被大力推动，但是，在光伏发电的并网发电中，配电网的稳定不能得到保障，其对光伏发电的消纳能力使光伏领域都是一个很大的障碍。在面对大量的分布式发电接入电网的情况下，对于这一问题处理并优化其性能的研究，是非常有必要的。

目前，国内外学者对分布式光伏发电的最优容量进行了深入的研究。不仅从电压约束的角度研究了分布式发电的容量，并且从短路电流的层面结合图标研究了该发电方式的容量。我国目前对分布式发电的探究部分都是对其能耗的研究，但针对有关分布式光伏发电的消耗问题并未进行深入探究。本文依照该发电方式的特征，通过分析和对比光伏发电的基本原理、该发电方式的消纳原理的基本介绍，通过不同角度对含光伏发电的配电网消纳能力进行研究分析。

2 关于分布式光伏发电的信息概述

分布式发电是一种独立运行或并网运行的能源供应方式。发电技术包括小规模发电、小规模发电、太阳能光伏发电、生物智能发电、燃料电池发电等，太阳能发电以其清洁、可再生、易获得等优点得到了广泛的应用。光伏并网发电系统主要由光伏阵列、逆变器、储能、电力电子变换器等环节组成。通过光伏板，将太阳辐射能转换为低压直流电，再通过逆变器转换为交流电。根据光伏系统容量，380V电源通过升压并网。目前，光伏电站并网主要有两种模式，即“全并网”模式和“自发、剩余功率并网”模式。在“全通电”模式下，光伏电站产生的电能将全部送至电网，光伏电站只租用场地，售电与销售没有直接关系；而在“自发、剩余通电”模式下，光伏发电系统价格较高的是供电，而价格较低的无止境的企业用电则被送入电网。

3 关于消纳能力的分析

3.1 关于消纳能力的基本概述

电力消纳的意思即电力消化和吸纳的能力。由于在发电厂内——无论是以任何形式进行发电（如风能、煤炭等原理）后再将电路输送到网上，而电能是无法进行随时的储存，因此电力在产生后必须马上进行消费，这也就要求将多余的电能通过调度的方式输送到有需求用电的地点——这便是电力消纳的具体内容。其重要功能之一是促进清洁能源消费，主要是将分布式新能源聚合为实体，形成虚拟发电厂，以多能互补的形式提高分布式新能源的友好并网水平和电网可调容量比例，优化调度，实现跨区域协同控制，推进新能源集中跨省交易和分布式跨省交易。可以预计，未来物联网建成后，由于发电和用电终端的数据已经通过通信网络实时反馈，所以通过控制中心可以实现供电能力和负荷需求的匹配。并在大量数据的基础上进行准确预测，从而避免弃电事故的发生。由于对终端供需数据的准确把握，有利于匹配电力交易，使新能源发电企业能够实现效益最大化。

3.2 消纳能力的分析与测算

电网传输的能力直接决定了风电消纳的能力。在测算最大风力消耗能力以及选择合适的并网点时，一定要提前对电网负荷以及输电限制进行考量，同时也要注意电网的电压稳定性与潮流分布特性。风力发电机组的最大出力由以下公式表示：

式中，PLmax为网内最大负荷；Pout为省间外送极限；PHY为水电机组出力；PTHmin为火电机组最小出力。

3.3 风电出力最大消纳能力

计算风电发电的电力消纳能力的基本原理，是在不限制风电输送的基本背景下，针对某一具体容量的风电机组、且在反调峰的特性下——通过该方对针对系统调峰能力进行详细测算，参考负荷水平和电网的实际运作需要，针对非风电机组的开机容量PT、对应调峰能力P1进行确定，并进行详细的计算得到具体数据。

最大发电负荷为PGmax：

此外，参考负荷的基本特征，通过以下公式可以得到关于统调峰容量需求P2以及系统调峰能力裕量ΔP:

通过风电的最大峰谷差值系数RW与ΔP的比值，从而得到最大风电装机P Mmax：

式中，PGmax表示最大发电负荷；PGmin表示最小发电负荷；PLmax表示最大统调负荷；Kemergency表示事故备用率；KLoad表示线损率；KG表示场用电率；KLoad表示负荷备用率；KR表示旋转备用率。

4 高比例户用光伏发电并网带来的影响

4.1 电压越限和波动

光伏并网后，如果光伏发电在当地不能充分利用，剩余电力将注入电网形成反向潮流，导致配电变压器母线的馈线电压逐渐升高；光伏发电的普及率越高，反向功率越大，馈线电压越高，网损越大。值得注意的是，负荷与光伏输出高峰小时往往不能重叠，这使得节点电压分布在一天内发生显著变化。白天的剩余光伏功率会导致过电压风险，而夜间的重负荷会导致欠电压风险。此外，光伏并网有功功率会随着太阳辐射强度、云层和温度的变化而变化，导致配电网电压发生的波动明显。

4.2 电压三相负荷不平衡

形成低压三项不平衡的关键因素为三相线路的参数不对称以及三项负荷不平衡。这种不平衡的现象在户用光伏单相并网后会更加严重。其中接入容量的差异以及光伏的接入位置都分别对低压三项不平衡有一定的干扰作用。以接入容量的角度考虑，户用光伏并网的容量与其对电网的影响程度成正比。以接入位置来考虑，若在馈线头端接入光伏电源，则不平衡的现象并不是很明显；而在馈线末端将其接入，不平衡度将大幅提高。在这种电网低压三项不平衡的情况下，不仅正序电流会造成损耗，而且负序以及零序电流都会产生损耗。因为这类损耗的存在，使得电网的总损耗增大，其经济效益也有所下降。

4.3 谐波

导致电网谐波含量上升的主要因素是由于非线性负荷的分布过量且分散导致的。因为光伏板必须通过逆变器实现并网，因此,它的非线性运行的特点导致出现谐波问题的频次更突出。与三相电压不平衡的现象基本一致，光伏接入容量和位置同样也会导致谐波失真的程度受到影响。例如，当接入位置一定时,就会导致接入容量变大，从而导致配电网的谐波畸变的情况就会上升；而在接入容量一定的情况下，当接入位置愈接近线路末端的情况下，配电网的谐波畸变水平也会随之提高。谐波的现象会引起变压器、发电机以及一些电气设备的出现发热异常的情况出现，此外，谐波电流对电能计量也会产生不同程度的影响，从而导致计量误差问题的出现。

4.4 对配电网管理的挑战

户用光伏属于用户所有，规模大、分散，不能完全由电网公司控制。用户的随机访问或退出会加剧网络运行的不确定性。用户是光伏并网发电的直接受益者，但目前用户所配备的控制设备较少，这就导致电网公司需要投入大量资金对配电网进行升级改造，可能会限制并网用户的光伏发电能力，所以是非常必要的，难以兼顾公平，加大了电网公司的管理难度。目前，光伏发电并网电价的政策成分很多，随着户用光伏并网比例的提高，有必要逐步建立市场化的电价形成机制。

5 智能调度方法评价

以智能电网调度技术支持系统为背景，通过AGC目标值与实际值的比较，验证了智能调度方法的准确性。自动计算风电场在每个周期内每个采样点的实际配电盘输出。通过对AGC目标曲线的偏离来判断时间是否在功率限制期内。当两值重合度很高时，偏差接近0的点为功率限制时间，当两值重合度很低时，为非功率限制时间。在限电期间，风电场配电盘出力AGC目标曲线与实际曲线比较接近，且偏差较小。该智能调度方法能自动准确地计算出各风电场的发电容量阻塞期，最大限度地减小风电理论功率的计算误差。

6 结语

本文以大规模分布式光伏风力发电为对象，研究了基于电网功率平衡的发电数据智能调度方法。在计算不限制风电出力的最大风力发电能力和限制风电出力的最大风力发电能力的基础上，依据光伏电站并网的运行特征，对其验收能力做出了评估，总结并归纳，以便于整理实时消耗资料。AGC模块整体对用电数据进行及时的调控，可以运用SDH的电耗数据进行自我调控，通过对其目标和实际数值的比较可以得出，风电出力的总体AGC曲线，二者之间的差距很小。这一手段可以自行精确得出各个风电场的发电能力，最大程度地降低风电理论功率的演算偏差。