基于分布式光伏接入的配電網消納能力評估方法研究

［摘 要］近年來，分布式光伏并網的容量迅猛增長，多地出現消納預警，即配電網無法消納過多的光伏發電。為了配合南方電網公司，以分布式電源“應并盡并、全額消納”為目標，分析了常見的3 種新能源消納能力評估方法，為供電部門規劃人員針對現有的配電網指標參數，快速判斷該地區消納情況提供理論支持。

［關鍵詞］分布式光伏；評估方法；指標參數；電網規劃

［中圖分類號］TM615 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0047–03

隨著大量分布式光伏接入配電網，傳統上以單點供能為主的輻射型網絡架構正向多點互補的供電模式轉變。分布式光伏的發電量受天氣影響大，出力波動性與用電需求的不確定性并存，會導致分布式光伏余電上網，導致線路末端電壓偏高、電能質量不合格等一系列問題。

深入研究分布式光伏接入配電網的運行狀態，提出一種便于評估分布式光伏高滲透率下的配電網的消納情況，不僅是理論研究的重要方向，也具有迫切的現實意義。

1 基于配電線路拓撲的電磁暫態仿真建模方法

1.1 基本原理

目前常見電磁暫態仿真軟件主要包括PSCAD/EMTDC、PSS/E、ETAP、MATPOWER、PSSE、ATP–EMTP 等。這些軟件各有特點，適用于不同的電力系統仿真需求。

電磁暫態仿真主要流程為：對配電線路進行詳細建模→設置仿真參數，包括設置仿真的起始和結束時間、步長等基本參數→定義故障和操作，根據仿真目的，定義系統中的故障和操作，如線路短路、開關操作等→進行仿真。

1.2 基本參數需求

電磁暫態仿真建模需收集電網一次接線圖、變電站等值阻抗圖、主干及分支線容量等基礎數據。同時，需獲取發電機、變壓器、線路及負荷的技術參數，以及配電網的調度策略和歷史運行數據。

1.3 計算精度及適用范圍

電磁暫態仿真通過精確的模型和算法來模擬電力系統在短時間內的動態行為，其計算精度主要受到模型準確性、數值方法、時間步長及數據精度等因素的影響。電磁暫態仿真可準確模擬分布式電源、儲能及電力電子裝置的復雜動靜態特性，獲取經電力電子變流器并網的分布式電源不同故障特性的準確的故障電流與電壓特征，但輸入的數據量龐大，電網數據收集和處理難度較大。

2 基于配電線路特征參數的簡化潮流計算方法

2.1 基本原理

在常見的潮流計算方法中，考慮到前推回代法的迭代次數通常較少，收斂速度快，且易于實現和理解，因此選取前推回代法。前推回代法通過兩次順序過程“前推”與“回代”來確定網絡中的電壓和功率分布，是實時監控和快速評估配電網絡狀態變化的理想工具。

2.2 基本參數需求

前推回代法的基本參數需求包括以下方面：①明確配電網的一次接線，包括線路、變壓器特性及連接方式。②收集線路規格型號，計算電阻、電抗、電納參數，界定各節點角色。③明確分布式光伏的接入的初始電壓假設和系統運行邊界條件，前推階段依電源至負荷方向估算電壓降落，回代階段則反之，計算電流及必要功率調整，直至全網實現功率平衡與電壓穩定。通過迭代以上步驟，前推回代法能有效進行輻射型配電網絡的實時分析，確保計算高效且資源需求低2.3 計算精度及適用范圍。前推回代法適用于具有明確功率注入點和負荷消耗點，且網絡結構較為清晰的配電網系統。其在實時監控、故障快速定位及簡單配電網絡的日常管理中展現出良好的實用價值。但對于包含大量閉環或復雜互聯系統的高壓輸電網，由于這些網絡中節點間耦合緊密，相互影響大，前推回代法可能需要配合其他高級算法或進行適當調整，以提高計算精度和處理能力。

3 基于整體配電網指標參數的估算方法

3.1 基本原理

在供電部門，日常運行數據一般為主干線長度、規格型號、供電半徑、接線模式、線路裝接配變總容量、臺數、負載情況等指標參數。這些數據每年滾動更新，成本供電部門日常接觸到的最基本、最廣泛的數據。

基于整體配電網的指標參數的估算方法主要校核其線路變壓器總容量、輸電線路線徑、分布式光伏接入位置，并根據電能質量標準設置約束條件，通過約束條件計算消納容量。其中，變壓器和線路的約束可以通過供電部門直接導出的運行臺賬查出，電壓、電流的約束可以通過負荷變化、線路規格計算。

3.2 基本參數需求

（1）熱穩定校核。根據DL/T 2041—2019《分布式電源接入電網承載力評估導則》的規范要求，本項目熱穩定評估以電網輸變電設備熱穩定不越限為原則。反向負載率指的是從低電壓等級向高電壓等級電網輸送的功率與該輸變電設備運行限值的比值。

反向負載率的計算公式如下。

式中，Pd為分布式光伏最大功率；Pl為同時刻負荷（一般情況選取7—8月用電高峰期），即剩余無法消納的出力；Pe為變壓器或線路的運行限制（一般按80%計算）。熱穩定計算取評估周期最大值為評估指標λmax。

（2）短路電流。短路電流的目的是評估設備選型的重要依據。短路電流應按式（2）校核。

Ixzlt;Im （ 2）

式中，Ixz為配電網饋線短路電流，Im為允許的設備短路電流限值。為了使設備能正常遮斷短路電流，應取饋線和饋線設備終開斷電流的最小值。目前中壓配電網中，短路電流限制一般在25 kA。

（3）電壓偏差。電壓偏差計算公式為：

式中，um為實際電壓，un為該配電網區域內饋線的額定電壓。根據電能質量要求，中壓及低壓電壓偏差為±7%。

（4）線損率。新能源大規模并網對節約電能具有直接意義，但其并網會改變電網中原有的電流分布。

中壓線損率的計算公式如下：

式中，Δploss%為10 kV分線線損率，K為線路供電量，P為線路售電量。

根據南方電網公司2020 年發布的Q/CSG1201023—2020《110 千伏及以下配電網規劃技術指導原則》，線損率與供電區規劃及電壓等級相關，可根據區域具體情況設定不同的線損率限值。

3.3 計算精度及適用范圍

考慮了電壓不越限、熱穩定、短路電流等約束指標，綜合考慮滿足所有指標限值要求，而且該方法無需復雜的建模及優化求解過程，只需收集配電指標參數即可，而這些指標參數一般直接從運行平臺直接導出，獲取簡單，評估方法簡單實用。

4 評估方法比較與分析

以佛山順德區某中壓配電網線路為例，采用PowerFactory 軟件對上述3 種評估方法進行驗證。

4.1 算例說明

佛山順德區某中壓配電網線路結構如圖1 所示，本算例選取11、20、34 節點作為新能源并網點。

為了簡化分析過程，選取有40 個節點的線路并編號。其中電源點為110 kV 變電站，上級電源為220 kV 變電站，將上級電源視作無窮大系統，節點1與2 為110 kV 變電站，其電壓不變，其他為負荷節點，PV 節點為分布式光伏節點。

4.2 系統數據

電網運行數據顯示（表1），該系統首段電壓為10.46 kV，總負荷為11 000 kW+3 200 kvar，分布式光伏的年發電小時數為1 100 h，線路最大輸送容量為8 MVA。

4.3 消納能力計算

對各個新能源接入點的最大接入容量進行計算，將上面所提的消納能力計算方法分別從輸入量、計算過程、計算結果這3 個方面進行對比，見表2。

綜合對比3 種情況來看，可得出以下結論：①基于配電線路拓撲的電磁暫態仿真建模方法適用于輸電網、微電網等復雜電網計算，計算精度高，但需要電網詳細的設備、運行、結構等拓撲參數，參數的準確性對結果影響較大。②前推回代法的迭代次數通常較少，收斂速度快，且易于實現和理解，是實時監控和快速評估配電網絡狀態變化的理想工具；缺點是對于復雜的配電線路，計算量較大。③基于整體配電網的指標參數的估算方法的優點是運行數據獲取簡單，只有電壓、熱穩定、短路電流、線路損4 個約束參數，缺點是精度較低。

5 結束語

本研究結合3種常見的新能源消納能力評估方法，對其方法的基本原理、基本參數需求、計算精度及適用范圍分別展開分析，選取佛山順德區某中壓配電網系統進行新能源消納評估，并將3 種方法進行比較，驗證指標參數分析模型的可行性與有效性。通過比較分析出3 種評估方法的優缺點，指出基于整體配電網指標參數的估算方法適用于供電部門規劃人員評估該地區新能源消納效果。

參考文獻

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