新能源及分布式電源接入浙江配電網適應性研究

何英靜，李 帆，沈舒儀，王曦冉

（國網浙江省電力有限公司經濟技術研究院，杭州 310008）

0 引言

近年來，為適應經濟發展方式轉變和能源結構調整需要，以光伏、風電為代表的新能源發電正逐步成為浙江省能源發展戰略的重要組成部分。分布式電源的接入增加了系統備用電源的數量與容量，一定程度上提高了系統的可靠性。但當分布式電源的滲透率提高至一定程度后，系統的部分負荷必將由分布式電源主動承擔，此時配電網上級降壓變電站的容量配備理論上可以小于系統總負荷。在這種情況下，由于光伏、風電等分布式電源出力的波動性及其自身可靠性等原因，其出力不足或退出運行可能會導致系統缺電，從而影響系統的可靠性。同時光伏、風電等新能源接入配電網后，配電系統從單電源結構變為多電源結構，引起潮流大小和方向發生改變；不同類型、容量的分布式電源分散在不同位置，電網運行中會出現靠近分布式電源的地方電壓幅值有所升高，甚至超過電壓要求上限的情況；由于分布式電源出力變化隨機性大，使得電壓波動大，容易出現閃變。為反映分布式電源接入前后配電網運行狀態的變化情況，以下從可靠性、負載率、短路電流、電能質量4個方面進行適應性研究。

1 適應性研究評價

適應性研究是對某一地區電網根據給定的新能源及分布式電源規劃方案接入的適應能力研究。

根據各地區新能源及分布式電源的特點，從電源類型、電壓等級、城農網等不同緯度考慮，選取浙江嘉興秀洲光伏園區配電網、尖山新區分布式光伏接入配電網、尖山區域風電站接入配電網等作為研究對象，分析現狀配電網對各類新能源接入的適應性研究評價。

1.1分析評價方法

采用指標評分加權的方法對待評價的區域電網進行適應性評價?；舅悸窞椋焊鶕u價區域的基礎數據，計算得到《分布式電源接入電網評價導則》中的各指標值和對應的指標評分，再由公式（1）計算得到各指標的加權評分值，得到適應性分析結果。

式中：M為所選區域電網的適應性評分；yk為所選區域電網的第k項具體指標數值；m為所選區域電網評價的指標項數，m≤10；wk為所選區域電網的第k項具體指標權重，m項權重之和應為1。

若選擇的待評價區域電網較大，不便于整體分析，可采用分層分區思想，將電網評價范圍劃分為區域電網、各電壓等級電網、各分區電網3層；若同一個電壓等級中存在電氣聯系較弱或相對獨立的分區電網，且每個分區均有電源接入，應進一步劃分出分區電網。電網分層結構如圖1所示。

圖1 電網分層結構

分層分區完成后，采用層次分析法，進行區域電網評價，方法如下：根據指標評分加權方法可得到各分區電網適應性評分，然后由公式（2）計算各電壓等級電網適應性評分，由公式（3）得到區域電網適應性評分值。

式中：Mi表示序號為i的電壓等級電網適應性評分；Wi表示電壓等級序號為i，分區序號為Aj的分區電網的適應性評分權重，Aj項權重之和應等于1。

式中：MMREA為分布式電源接入后區域電網的適應性評分；n為區域電網評價的不同電壓等級數量，n≤5；Wi表示電壓等級序號為i的電壓等級電網的適應性指標權重，n項權重之和應等于1。

1.2 評價流程

適應性評價流程如圖2所示：

（1）確定電網評價區域范圍。

（2）搜集所選區域的電網基礎數據，包含電源數據、變壓器數據、線路數據、負荷數據等。

（3）根據電網基礎數據，計算評價指標體系中的各指標值。

（4）根據導則評分公式計算各指標的評分值。

（5）根據式（1）計算所選評價區域的評分值。

（6）評價結論分為3級，得分大于0分為“具備較強適應能力”，0分為“具備適應能力”，小于0分為“不具備適應能力”。

（7）根據所選評價區域的評分值進行適應性分析，對“不具備適應能力”的方案，重新改造再進行適應性評價。

圖2 適應性評價流程

2 案例分析

通過3個典型案例對新能源及分布式電源接入配電網的適應性進行論述分析。

2.1 秀洲光伏園區分布式光伏接入配電網（城網分布式電源）

根據規劃資料，秀洲光伏高新技術產業園區光伏滲透率達18.7%。對分布式光伏項目并網進行DigSilent仿真計算，仿真按照分布式電源的不同出力分為5個場景，場景1—5中分布式電源出力分別為100%，80%，50%，30%，0%，計算結果如圖3—6所示。

圖3 秀洲光伏園區短路電流

圖4 秀洲光伏園區變壓器負載率

圖5 秀洲光伏園區各場景支路負載率

圖6 秀洲光伏園區節點電壓偏移率

分布式電源接入系統后，不滿足N-1的變壓器增加比例為0%，不滿足N-1的線路增加比例為-11.1%，因此變壓器、線路可靠性的指標分值分別為0分和1.67分，可靠性指標總分值為1.67分。負載率、短路電流、電能質量指標總分值均為0分。

可見，秀洲光伏園區配電網結構相對完善，供電能力充足，光伏接入方案合理。新能源發展未對秀洲電網安全運行造成負面不利影響，區域電網對新能源接入具備較強適應能力，不需要進行分布式電源接入系統規劃方案調整工作。

2.2 尖山新區分布式光伏接入配電網（農網分布式電源）

根據規劃資料，尖山新區光伏滲透率達60%。通過對其分布式光伏項目并網進行仿真計算知，可靠性、負載率、短路電流及電能質量指標分值均為0分。其可靠性、電能質量分析結果如下：

2.2.1 可靠性

變電站低壓側母線光伏消納能力受節點電壓約束和支路功率約束影響較小，主要受變電站主變壓器（以下簡稱主變）N-1約束。正常情況下光伏輸出功率能夠安全倒送；當一臺主變故障，考慮運行主變的短時過載能力。忽略光伏輸出功率在傳輸時網絡損耗，表達如下式：

110 kV尖山變電站（以下簡稱尖山變，其余類推）主變容量為（1×5+2×8）萬 kVA， 1 臺 5 萬kVA變壓器，電壓變比為110/35/10 kV；2臺8萬kVA變壓器，電壓變比為110/20 kV。2016年，尖山變最大負荷9.58萬kW，光伏接入容量11.05萬kW，考慮供區零負荷且光伏滿出力，尖山1號主變倒送1.05萬kW，尖山2號和3號光伏倒送功率約7.8萬kW，1號主變不滿足N-1要求，但可通過聯絡線路轉供，2號和3號主變滿足N-1要求；考慮供區最大負荷，光伏滿出力（80%）、半出力（40%）、零出力情況，主變下送潮流分別為0.72萬kW，5.15萬kW，9.58萬kW，零出力時1號主變負荷可以通過低壓側線路轉供，2號和3號主變滿足N-1要求。

但1號主變低壓側的線路轉供能力有限，隨著負荷的增長，電網運行可靠性將受到影響。

同樣測算，安江變2臺主變N-1均能通過。

2.2.2 電能質量

利用OPENDSS仿真軟件采用解耦分析法及連續潮流法開展仿真計算，仿真的重點是線路負載率和節點電壓。

對尖山區域典型日各臺主變低壓側母線運行電壓進行仿真計算，結果如圖7—9所示。

圖7 尖山1號主變低壓側母線電壓

圖7—9表明：尖山變1號主變10 kV側母線電壓在1.044～1.058 p.u.波動，平均值為1.053 p.u.；2號主變20 kV側母線電壓在1.045 6～1.050 3 p.u.波動，平均值為1.048 2 p.u.；3號主變20 kV側電壓在 1.041～1.056 p.u.波動，平均值為 1.051 p.u.。1號主變整體負荷較輕，電壓相對較高；2號主變20 kV低壓母線較為平穩；3號主變20 kV低壓母線波動相對較大，主要原因是3號主變所轄饋線一日之內負荷波動較大，但母線電壓仍然在所規定的允許范圍之內。

圖8 尖山2號主變低壓側母線電壓

圖9 尖山3號主變低壓側母線電壓

可見，尖山新區配電網結構相對完善，供電能力充足，光伏接入方案合理，表示該區域電網為“具備適應能力”。但考慮極端情況下大規模并網對電網安全運行造成影響，春節等特殊時段存在出力倒送情況，不斷增長的負荷亦將影響區域電網整體供電可靠性，有必要補強完善。建議方案如下：加強區域配電網絡建設；對部分輻射狀的公用配電線路進行聯絡補強，在此基礎上，對線路負荷分布進行調整，減輕部分重載線路的負載率，確保聯絡線路轉供能力，以滿足全線轉供要求。

2.3 尖山區域風電接入配電網（新能源電站）

通過對尖山110 kV中廣核風電場接入系統進行適應性分析。中廣核尖山風電場接入后，可靠性、負載率、短路電流、電能質量分值均為0分，表示區域電網為“具備適用能力”，中廣核尖山風電場接入系統規劃方案較為合理，不需要進行接入系統規劃方案調整工作。

綜上所述，通過對可靠性、負載率、短路電流、電能質量等情況進行分析，結合權重設置，對區域電網適應性進行綜合評分，3個典型區域綜合評價結果如表1所示。

表1 電網適用性評價結果

3 結語

通過對新能源及分布式電源規劃方案接入的適應能力進行研究，發現浙江35 kV及以上配電網接納新能源的能力較強，但需注意因新能源接入對電網電能質量造成污染，做好電源接入的電能質量評估工作，并提出針對性的治理措施。相對而言，農村電網存在電網結構薄弱、設備水平偏低、供電半徑較長、就地消納能力偏弱等問題，10 kV及以下分布式電源的大規模接入往往會降低配電網的可靠性、電能質量水平，需統籌考慮分布式電源的分布及接入規模，加快相關配套工程建設，優化配網結構，提高設備配置水平，保證分布式電源接入后安全穩定運行。

為避免局部電網出現新能源發電集中接入帶來的消納問題，需合理安排新能源建設時序，科學規劃新能源發電接入方案。隨著新能源發電滲透率的提高，多個諧波源疊加對電網電能質量影響也需要重點關注。建議加強對投運后的新能源發電功率預測及運行監控工作，對電源側開展電能質量監測，以滿足電網安全穩定運行。

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