面向分布式光伏接入主動消納的配電網規劃實證分析

齊霞 張潔 谷欣龍 朱茳

摘 要：以華北地區某區域分布式光伏項目為例，提出配電網接入不同分布式電源的限制條件，分析不同情形下分布式電源接入的極限容量；并從分布式電源接入位置優化的角度比較不同分布式電源接入方案的經濟性。研究結果表明準確確定允許分布式電源接入線路的容量以及分布式電源的接入位置是實現配電網主動消納分布式電源的重要考慮方面，可供在未來配電網規劃工作中科學把握。

關鍵詞：分布式接入；光伏發電；配電網規劃；極限容量；優化；經濟性

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

1 引言

隨著我國經濟的快速發展和人民生活水平的日益提高，對能源的需求不斷加大，全社會用電負荷也在持續上升；能源短缺與一次能源消耗引起的各種環境問題也越來越受到重視，大力發展分布式發電成為解決能源短缺與環境問題的重要途徑。分布式發電相較于集中式發電，具有降低污染物排放、地點安裝靈活、提高能源利用效率等優點；同時，分布式發電節省了運行費用和輸配電資源，減少電網的總容量，同時又能減少輸電線路的損耗，從而提高了供電可靠性[1]。

目前，隨著分布式電源的快速發展及接入配電網規模的不斷擴大，亟待提出從間歇式電源和電網雙重角度考慮的，并以提升配電網適應性和提高分布式清潔發電主動消納能力為目標的配電網規劃理論與實用方法。基于此，本文將從配電網規劃角度出發，以華北某地配電網和分布式光伏發電項目為實例，研究配電網主動消納分布式電源的極限容量問題，并對分布式光伏電源的接入位置進行經濟性分析，為分布式電源接入配電網相關工作的開展提供理論依據和實踐參考。

2 考慮分布式電源接入的配電網規劃研究現狀

目前，隨著分布式風力發電、分布式光伏發電等間歇式電源大量接入配電網，對配電網在安全性、可靠性、經濟性等方面均產生了新的較大的影響，因此，如何合理規劃建設具有對分布式電源接入有較強適應性的配電網成為現今迫切需要研究的問題。

根據相關文獻研究，目前考慮分布式電源接入的配電網規劃問題的研究方法按照規劃對象可劃分為兩類：第一類方法是僅從單獨的分布式電源角度考慮其容量、位置、接入點等的規劃研究；第二類方法是考慮分布式電源與配電網間耦合動態適應性的協同規劃。從理論研究層面上看，上述第一類方法主要考慮的因素相對簡單、規劃工作效率高，主要從供配用電可靠性、環保性、綜合經濟性和電力市場競爭性等方面考慮進行分布式電源建設規劃；但該類方法因未能做到源網統籌兼顧，暴露出難以有效反映電網對分布式電源接入的適應性、難以很好適應未來分布式電源大量接入配電網的發展趨勢及促進配電網建設規劃的動態發展等問題[2]。第二類方法則從源網雙重角度考慮，能有效從動態耦合多尺度考慮分布式電源、電網和負荷間的協調機制。一方面可提升分布式電源的安全可靠性，另一方面能夠較大程度考慮電網與分布式電源間的相互影響，優化電網自適應能力，在促進電網安全、高效運行的同時，提高清潔能源的互補置換能力和電網接納能力，促進配電網規劃建設的良性發展，有望成為今后考慮分布式電源配電網規劃的有應用前景和工程價值的主流方法[3，4]。

3 典型區域分布式電源接入實證分析

本文選取華北某典型區域配電網作為研究對象，利用最優化技術算法對配電網網架分布式接入極限能力進行分析。在計算過程中先提出設定如下6個相互獨立的測試條件，及禁止倒送、電壓質量約束、允許無功補償、考慮支路限額、考慮主變壓器容量、考慮負荷轉供。

3.1 分布式電源接入極限容量分析

本研究選定的典型區域配電網包含220kV變電站1所（簡稱為“M”）、110kV變電站3所（分別簡稱為“S1”、“S2”、“S3”），其中，220kV變電站為該區域220kV關口主變。在考慮上述6個測試條件的情況下，3所110kV變電站下轄的10kV變電站均具有接入光伏發電能力（電壓范圍標幺值取0.85-1.15），不同測試條件下的分布式光伏極限接入容量如表1所示。

從表1中可以看出，對于情形1，極限容量為610MW，但由于未考慮支路限額與主變容量，因此這實際上僅一個初設值，無法真正接入這些容量的分布式電源。從情形1與情形2的對比可以發現，適當的無功補償設備可以增加分布式電源的接入能力；從情形1、2、3則可以看出，隨著約束條件的加強，可接入的極限容量也持續下降；情形1與情形6的對比顯示，當不允許倒送時（這也符合實際電網運行的要求），接入極限容量大大降低，由于未考慮設備限額約束，此時的容量代表了配網分布式電源本地消納的極限；情形3、5、7、9、10的接入極限容量均為64MW，為表中最小值，因此對于該典型區域目前配電網網架結構，其分布式電源接入極限容量的瓶頸為線路最大電流值，即允許接入光伏電源的線路容量限制了該地區進一步接入分布式電源的可能，建議加強光伏接入路徑上的線路建設。該地區的負荷轉供并未對分布式電源接入電量造成影響，這是由于存在轉供關系的設備與具備分布式電源接入條件的設備之間無交集所造成。對于該典型地區而言，區域內負荷總量為140.41MW，根據情形10的分布式電源接入極限容量64MW，可得出該典型地區當前態的極限消納率指標（DG-MAX/LOAD）為0.46。

3.2 分布式電源接入位置經濟性分析

該典型區域簡化后的配電網地理接線圖以及變電站電壓等級和定額容量如圖1所示。

當地規劃接入的分布式電源總容量為30MW，該區域網架最大電能消納的分布式電源容量為80MW，能夠消納規劃接入的分布式電源容量。該地區光伏電站共6個，若平均分配，則每個電站接入5MW，根據《配電網規劃設計技術導則》，5MW容量的分布式電源應接入10kV線路。為了提高系統經濟性和供電可靠性，需要對分布式電源的接入位置進行優化。以S1變電站及其低壓側S1-I和S1-II線路為例，若分布式電源全部接入其中的某一條線路，即有均僅接入S1-I或S1-II兩種情形。分別計算這兩種情形下對應線路的負載率，均為2.0711%。考慮到當地資源分布和地理環境情況，為了減小新建線路的造價，分布式電源一般選擇就近接入線路，假設S1-I線接入位置為A點、S1-II線接入位置為B點，且分布式電源接入S1-I或S1-II線后，均不會引起線路過載，則以1年為周期計算兩種接入情況下的經濟性指標，結果如表2所示。

由表2可以看出，雖然兩種分布式電源接入方案均滿足N-1準則，但接入S1-I線上的節點A時總費用較小，因此從經濟性和安全性角度綜合考慮，分布式電源更適合從A位置接入S1-I線。

4 結論

本文從分布式電源接入極限容量和分布式電源接入位置經濟性兩個方面研究了配電網接入分布式光伏電源的極限能力。（1）在分布式電源接入極限容量方面，通過對配電網典型區域進行配網分布式能源極限算法的優化模型計算，可以得到特定配網方式下的分布式電源接入極限容量，當前配電網網架結構下，分布式光伏接入極限容量的最大瓶頸是線路最大電流值。（2）在分布式電源接入位置優化方面，分布式光伏電源的最佳接入方案將為分布式間歇式電源規劃建設、系統接入、配電網規劃提供支持，對提高光伏發電的能源利用效率和利用水平，提升清潔能源的替代置換效益，促進能源利用方式的轉換具有實用價值。

參考文獻：

[1]于建成，遲福建，徐科等.分布式電源接入對電網的影響[J]. 電力系統及其自動化學報，2012，24（01）：138-141.

[2]黃煒，劉健，魏昊焜等.分布式光伏電源極端可接入容量極限研究[J].電力系統保護與控制，2015，43（03）：22-28.

[3]周楊烯.配電網規劃中的分布式電源定容與選址[D].湖南大學， 2011.

[4]鐘嘉慶，葉治格，盧志剛.分布式發電注入容量與接入位置的優化配置分析[J].電力系統保護與控制，2012，40（07）：50-55.

作者簡介：齊霞（1983-），女，北京人，研究生，工程師，研究方向：電力技術經濟、電力工程造價。