適應多元化負荷、電源接入的配電網典型供電方案研究

顏香梅

（國網濟寧供電公司）

0 引言

“碳中和、碳達峰”的雙碳目標，對國家電網的電網規劃、新能源接入提出了更高的要求，從能源側來看，扮演著決定性的角色，要構建以新能源為主體的新型電力系統，需要創新電網規劃。由于新能源的波動性、非持續性，電力系統“雙高”“雙峰”的特性非常明顯，電網安全穩定運行和電力電量平衡將面臨極大考驗，深入分析電源接入電網方案；從用能側來看，隨著儲能系統、電動汽車等多元化負荷設施的接入，各種新型能源需求呈現出多樣化的特征，如何做好源網荷儲協同發展，深刻影響電力系統運行。

本文以濟寧市為例，分析電動汽車、儲能等多元化負荷接入和風、光等新能源大規模接入后對電能質量影響，對電網設備裝備水平的影響、對配電網網架結構的影響和對電網運行等方面的影響，針對《典型設計方案》和《配電網規劃設計技術導則》中不適合或不利于大規模新能源接入的地方進行分析和論證，緊緊圍繞以解決濟寧配電網的實際問題為出發點，制定適應多元化負荷、大規模新能源接入的配電網典型供電方案。

1 多元化負荷、新能源接入電網現狀

濟寧公司積極響應國家節能減排和藍天保衛戰號召，加強新能源充電技術的研發與建設，助力推動新能源發展。為加快推動城市電動汽車發展，滿足電動公交車、電動出租、私家新能源汽車的快速充電需求，公司自2010年起開展充電設施建設，目前已經累計投資1.8億元，建成公共充電站181座，充電樁1244臺，其中直流充電樁626臺，交流充電樁618臺，充電樁數量位列省公司第二，實現濟寧市“五區九縣”充電設施全覆蓋。

2021年新能源全口徑裝機2214.83MW，占電源總裝機的17.16%。其中生物質全口徑裝機213MW，占電源總裝機的1.65%，風電全口徑裝機246.3MW，占電源總裝機的1.9 1%，太陽能全口徑裝機1755.532MW，占電源總裝機的13.6%。“十三五”期間新能源裝機增速35.37%。

2 多元化負荷接入對電網的影響

2.1 電動汽車接入對電網影響

部分場景下，當車輛電動化的比例達到25%時，當地配變有可能出現重載的問題；比例達到50%時，還會導致配變過載。隨著電動汽車規模化推廣、大功率快充技術發展應用，部分35kV和110kV配變系統，在極端情況下，電動汽車的無序充電也會影響輸電網（即主干網），可能造成輸電阻塞與區域電力送電能力不足，增加重載輸電線路的輸送功率。同時配電網的規劃對電動汽車的普及目前仍是“被動適應”過程，特別是建筑年代較早的居民區、老城區等，配變的開放容量一般較小，由此對負荷預測的準確性、變電站的選址定容、設備選型帶來挑戰。

2.2 儲能設施對電網的影響

以濟寧市“十四五”期間典型日儲能參與調峰為模型，設置不接入儲能、接入200MW/1000MWh、接入400MW/2000MWh儲能三個場景進行分析，如圖1所示。

圖1 濟寧市“十四五”期間典型日儲能參與調峰變化對比圖

在該算例中最大調峰容量接近額定容量，從理論上來講最大調峰容量即為該儲能電站的瞬時輸出最大值，對應場景二為200MW，場景三為400MW，但是由于考慮到儲能容量限制、儲能容量備用，尤其是過量的儲能充放對儲能壽命的影響，一般儲能的調峰容量在最大充放功率80%左右，即可以滿足連續充放幾個小時。可以看到隨著儲能容量的增大，可以通過儲能的能量時移特性進行削峰填谷，可以降低等效負荷的峰谷差，降低深度調峰容量的同時，降低系統運行成本，緩解火電機組的調峰壓力，增大系統的調峰裕度。

3 新能源大規模接入對電網影響

3.1 電能質量方面存在的問題

隨著大規模新能源的并網，改變了傳統配電網潮流運行模式，有可能導致本地無法消納，出現電量上送，引起并網點電壓高于額定值，電壓的改變使得本地的電能質量下降，供電可靠性降低，電網可接納容量降低。濟寧市分布式光伏接入較多，共有9548臺配變接入分布式光伏，其中臺區下接入的光伏用戶數共有13499戶，當光照充足時，接入的配變電壓升高，導致用戶電壓嚴重越上限，給居民的正常用電帶來極大影響。

在電力系統中的設備和負荷是非線性性質，因此運行中會導致諧波的產生，當負載中有電流流過時，與設備兩端的電壓不呈線性關系，形成了非正弦電流，因而產生諧波。因為諧波的存在導致電力系統設備的運行、使用存在一定的安全隱患，不利于電力系統運行的穩定性。

3.2 集中式新能源接入存在問題

濟寧市新能源接入時，受通道限制，現狀存在較多集中式新能源接入電網系統是T接方式。T接的情況，則電源的接網點無專門的開關設備，直接接入高壓網架。雖然適當減少了新能源的接入成本，但是由于沒有開關設備斷開新能源與電網系統公網負荷，一旦接入的新能源電站出現故障，會影響電網系統的公網用戶的供電可靠性與穩定性，造成較大的社會影響。

3.3 分布式新能源接入存在問題

濟寧市存在電網規劃超前或滯后電源規劃、電網項目建設和新能源建設不同步的情況，隨著大量的新能源的接入，導致電源接入之后，電網不足以消納，引起反向潮流設備重過載問題。

圖2是接入分布式光伏容量大于變壓器自身容量80%配變的負載率分布情況。

圖2 分布式光伏容量大于變壓器自身容量80%配變的負載率

4 新能源接入的配電網典型供電方案

4.1 接入標準適應性分析

目前接入系統方案的設計主要參考《配電網規劃設計技術導則（Q／GDW1738—2020）》（以下簡稱“國網導則”）、《國網山東省電力公司企業標準（Q/GDW06 10001—2017）》（以下簡稱“省網導則”）、《典型設計方案》，從用戶接入角度考慮，由于電動汽車、儲能等特殊用戶的快速發展，特殊用戶對電網電能質量、供電可靠性提出更高的要求，以及對電網的影響導則中存在部分不適合大規模新能源接入的地方。以解決濟寧配電網的實際問題為出發點，主要就電力平衡、容載比、主變配置等方面制定適應大規模新能源接入的配電網典型供電方案和標準。

4.2 接入方案優化

根據以上對《典型設計方案》和《配電網規劃設計技術導則》的研究和論證，結合儲能接入電網的典型方案，總結出適用于濟寧配電網在面臨大規模多元化負荷和新能源接入情況下的典型供電方案和策略。

集中式新能源接入電網主要有兩種方式，方案一是采用專線形式接入至相應電壓等級變電站的母線，需要占用一個變電站間隔；方案二是T接至現狀同電壓等級線路。接入點綜合考慮發電容量、距接入點距離、候選接入點已接入新能源總量、候選接入點主變容量及剩余間隔數等因素選擇合適的接入方案，如表1 所示。

遵循安全性、經濟性、靈活性的原則，依據接入不同電壓等級、運營模式分為8種典型接入方式，從而規范分布式光伏接入，如表2所示。

表2 分布式光伏接入方式

5 適應多元化負荷的分布式新能源接入

充電樁等多元化負荷接入對現狀電網提出了更高要求，探索提出融合多元負荷和分布式新能源接入典型場景供電方案。

城市場所：居民小區樓頂、工業廠房屋頂可鋪設光伏板，同時，對于一些有地上停車場的小區，可以改造建設成為鋪設光伏板的停車場。農村生活區域主要場景有村民居民用電、批發零售業、餐飲娛樂業、農村信用合作社、村委會、水廠等公共服務機關、私人開采及制造行業、私人承包倉儲庫房等區域用電。屋頂可鋪設光伏電池板，在負荷高峰期出現電壓偏低的區域，可通過配置一定的儲能系統，有效緩解農村負荷高峰期與分布式電源出力不一致現象，更好解決農村區域因高峰負荷造成的低電壓問題。農村生產區域可充分利用區域良好的風資源、水資源、沼氣等資源，可鋪設屋頂光伏、建設小型的風力發電機組，發展分布式能源綜合利用項目。

6 結束語

為滿足未來配電網規劃設計要求，本文以濟寧地區為例通過分析多元化負荷、新能源接入對電網的影響，梳理現行國網導則、省網導則及典型設計中不適合或不利于大規模新能源接入的地方，提出集中式新能源典型接入方案、分布式光伏電源典型接入方案、融合多元化負荷的分布式新能源接入方案。推動智能電網建設，滿足新能源電源的接入需求。