能源互聯網背景下的分布式光伏接入配電網管理模式初探

梁琳++劉娟++秦礪寒++侯喆瑞

摘要： 隨著能源危機與環境污染問題的日趨嚴重，全球能源互聯網理念應運而生，新產生的清潔能源、特高壓電網以及智能電網都為能源互聯網的深入發展奠定了堅實基礎。本文結合全球能源互聯網趨勢背景，對光伏接入電網的后續影響進行了探討，并提出幾點淺見，希望能夠為相關電力企業和部門提供參考性意見。

Abstract： With the energy crisis and environmental pollution problems becoming more and more serious， the global energy Internet concept arises at the historic moment. New clean energy， UHV power grid and smart grid provide a solid foundation for the further development of energy Internet. Based on the background of the global energy Internet trend， the subsequent impact on the photovoltaic grid are discussed， and some suggestions are put forward to provide reference for relevant departments and power companies.

關鍵詞： 能源互聯網；光伏接入電網；管理模式

Key words： energy Internet；PV access grid；management model

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0026-02

0 引言

隨著火力發電的發展，各種化石性燃料被大量消耗，這些不可再生能源儲備日益減少，能源緊張問題和環境污染問題已經成為限制人類社會繼續發展的瓶頸，積極開發和利用清潔能源，已經勢在必行。在這樣的背景下全球能源互聯網理念得以產生和發展。太陽能具有清潔無污染、投資成本小、不受地域限制等優勢特點，因此受到社會各界的廣泛關注。能源互聯網在我國還是一個新概念，它對我國能源產業的改革具有戰略性的指導意義，對國內能源產業的能源再生規劃發展、加強能源的充分利用、促進能源市場的開放和能源產業的優化升級都有重要的現實意義，對國民經濟發展創造新的增長點，在全球化進程中跟上時代的腳步。利用太陽能光伏發電，是能源互聯網的重要組成部分，已經成為清潔能源的重要開發領域。從長遠發展的角度來看，光伏接入電網系統并予以運行，技能解決能有持續利用問題，又能降低能源消耗成本、減少環境污染，對社會經濟的發展和自然環境的保護有著極為深遠的意義。光伏并網在我國華北、西北等地區已經得到初步實驗應用，但是由于光伏發電受天氣變化影響，波動性較強，對電網繼電保護、供電質量、系統調控管理都會產生影響，這些問題都亟待解決。

1 光伏接入電網技術問題和解決辦法

盡管太陽能就可再生、清潔無污染的優點，但是大規模的太陽能光伏電力系接入常規供電網絡系統，在帶有優勢作用的同時，也會帶來各種負面作用。

1.1 對電力系統繼電保護的影響和解決措施 首先，依照當前實際發展情況來看，小規模的光伏接入對電力系統繼電保護運行造成的影響微乎其微，但是，如果大容量光伏系統接入低壓極有可能導致類似短路抗組這類的參數變化，一旦出現系統故障，由于光伏電源的影響，短路電流會產生不能預期的變化，進而會極大地影響系統繼電保護的靈敏性以及選擇性。另一方面，是對繼電保護系統配置的影響。因為在未來發展階段，隨著能源互聯網覆蓋范圍的逐漸擴大，接入光伏的電力系統會越來越多，對繼電保護系統也提出了更高的要求，不但要做好協調配置，而且要做到保證不同電源的順利接入以及特高壓電網的正常運行，在繼電保護系的智能性和靈敏性方面不斷優化更新。

1.2 對電力系統供電質量的影響和措施 太陽能由于受到天氣狀況的影響，其能源供給帶有明顯的不穩定性，對光伏系統也會產生干擾，從而使供電頻率和電壓等都不能滿足現實需要，電能質量不達標，對生活生產和人們的生活都造成影響。如果光伏接入常規電網，利用類似電力電子逆變器這樣的手段可以對供電網絡電能質量起到幫助作用，但是在未來能源互聯網深入發展的時候，這些措施就很難再起到作用，“源-網-荷-儲”將成為供電系統保證供電穩定的首選，因為通過它可以有效降低光伏接入的負面影響。

1.3 對電網調控管理模式的影響和措施 調度管理系統關系到電網的正常穩定運行，光伏系統接入對電網調度控制中心的影響更為直觀顯著，由于電壓和調度范圍的變化，光伏大規模接入電網后，在電網的建設、調整、運行等方面都會造成困擾。因此，在新的能源發展背景下，電力企業應順應時代發展潮流，對自身的調度管理工作模式進行合理創新，在傳統的工作基礎上融合能源互聯、智能優化以及集成協調，創立新的能源互聯網電力系統的電網調控模式。

2 太陽能光伏發電系統的構成原理和接入電網方案

光伏發電系統的形成主要源自于“光伏效應”這一原理，即利用太陽能電池板把太陽能轉化為電能。

2.1 太陽能光伏并網原理 光伏陣列匯流箱、光伏并網逆變器、太陽能光伏電池組件等配置共同組成了接入光伏后的電網系統。在這些組成設備里，太陽能電池起到最基礎的介質作用，在工作中主要起到“光生伏打”效應的半導體作用。太陽光照強度、電池板面積以及電池電流之間呈正相關關系。其次重要的就是光伏陣列匯流箱，這個組件主要起到匯流作用，其原理是先串聯再并聯，直電流輸出，通過逆變器轉化成交流電，最終實現太陽能光伏并網，其主要構成如圖1所示。除此之外，為了對并網后的光伏發電系統進行運行管控、保證供電網的電能質量，還要將系統設備、濾波裝置、電能質量監測裝置等接入發電系統。關于光伏并網如圖1。

2.2 太陽能光伏并網單點接入方案研究分析

下面關于光伏并網網點的選擇進行介紹：首先介紹一種簡單方案。將光伏發電系統的專線接連到公用變電站，并占用其10kV間隔，將系統的并網點設在用戶進線斷路器，通過用過戶斷路器對光伏發電系統的并網運行進行控制。這是一種接線較為簡單的光伏接入方案，該方案適合應用于自發自用和余電上網的光伏發電系統。它最大的優點也是接線簡單，當出現意外情況發生故障，能夠迅速隔離，并且對整個供電系統的影響性很小。

第二個方案，就是在常規線路上選擇某一點進行光伏接入，此線路此時仍然為其他用戶提供供電服務，該線路已經成為原有常規線路的一個分支線路，同時扮演電源與負荷這兩個角色，所以要注意兩條線路間的配合保護。進一步介紹該方案就是將太陽能發電系統進行“T接”處理，接到10kV配電線路。

方案三，主要適用于自發自用、業余不上網類型。具體操作方法為，10kV專線用戶低壓接入光伏系統，原線路依然以普通負荷性質并網，光伏發電系統在本站將開關設置為并網點并安裝在低壓側，整個資源運行使用都有客戶自己進行管理，這樣一來用戶就能夠同時享受原有的常規電網和新建光伏系統的供電服務功能。

最后一個方案，光伏接入方法是：將第二個方案和第三個方案相互融合。這一方案主要是為了滿足條件允許的10kV用戶的光伏系統接入需求。這一方案的可行性優點是較為節約成本，并且對路由問題給予了一定解決。但是該方案的缺點也是顯而易見的，那就是線路接入復雜，管理難度大。

2.3 我國光伏接入電網管理模式的成功案例 近期最新發布的《國家電網公司促進新能源發展白皮書（2016）》指出，在新能源領域我國已經處在世界領先位置，截止到2015年，我國光伏裝機容量已經躍居世界首位，并集中分布于“三北”地區。關于新能源并網，國家及國家電網已經制定并頒布了相應標準，例如《光伏接入電力系統的技術規定》、《光伏電站接入電網測試規程》、《光伏系統并網技術要求》等。作為“西電東送”工程的重要單位，冀北電力公司這些政策、標準的嚴格執行，為華北地區新能源的開發利用提供了重要支持。其中最具有代表性的河北張北縣，充分利用當地豐富的太陽能資源優勢，大力推動光伏開發，并且引進國際風光儲輸項目，隨著該示范項目的順利進行，內多家光伏開發企業入駐張北縣，與此同時，恒大、東旭、博望華科等集團公司也先后簽約合作，共同投入到我國大型的新能源基地建設中來。

3 能源互聯網背景下的光伏接入電網管理模式策略分析

為了在經濟全球化過程中加強競爭優勢，供電企業必須建立適應能源互聯網光伏接入的新型管理模式。

3.1 有針對性地建立光伏接入電網管理標準 關于能源互聯，已經出現許多相關的指導意見，就有代表性的就是《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，要實現能源互聯，必須在前期制定相應的標注和評價體系，電網企業應積極學習，努力探索，在太陽能領域開發新的管理標準，在技術和標準兩方面有所建樹，在建設自身的同時，采取走出去戰略，支持并推動全球能源互聯網的發展。

3.2 立足當下，用長遠的發展目光統籌能源互聯網的發展規劃 在全球能源互聯網發展大背景下，應重視能源與電力之間的協調互補，加強對太陽能能源的開發利用。例如，新能源應該與電力方面進多能聚合的技術開發，優勢互補協調發展，積極研究對太陽能轉化為電能的新技術方案，并建立新的能源技術標準體系，在太陽能轉化電能及其儲備方面加大投入。

3.3 對供電網絡的調控管理和運行模式進行合理創新 各項科學技術的創新歸根結底還是在于人才的培養和利用，因此，對電網調控運行系統的操作人員要進行有針對性的技術培訓，使其掌握光伏接入電網的理論知識和技術要求，并組織進行相關的理論探索和實踐演練，不斷發現和總結光伏并網占比加大后對電網系統的各種影響。與此同時，電網企業需根據自身的特點，因地制宜，建立協同化管理模式，對大規模光伏并網工作進行全程掌控管理。

3.4 通過利用“源-網-荷-儲”協調發展，加快新能源電力系統的創新建設 光伏并網運作屬于有源網絡，在能源清潔、需求多元化、智能電網等諸多方面為新能源電力網絡系統的創新建設提供了可能性支持，在“源-網-荷-儲”協調下，集成互補，為能源互聯網的延伸發展提供推動力。

4 結語

總而言之，在能源互聯網不斷發展的大環境下，光伏發電系統在理論上日臻完善，在現實應用中各項技術不斷成熟，在未來的發展時期，太陽能光伏電力系統會成為清潔能源開發與利用的主要方向。將清潔無污染的太陽能轉化為電力能量，并輸送給千家萬戶，不但能夠解決資源枯竭的能源危機，而且能緩解火力發電造成的環境問題，在很大程度上緩和了人類發展與生態環境之間的矛盾，為人類的可持續發展提供了可行性支撐，具有深刻的社會意義和環境意義。

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