新能源及分布式電源接入浙江配電網(wǎng)適應(yīng)性研究

何英靜，李 帆，沈舒儀，王曦冉

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，杭州 310008）

0 引言

近年來，為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需要，以光伏、風(fēng)電為代表的新能源發(fā)電正逐步成為浙江省能源發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。分布式電源的接入增加了系統(tǒng)備用電源的數(shù)量與容量，一定程度上提高了系統(tǒng)的可靠性。但當(dāng)分布式電源的滲透率提高至一定程度后，系統(tǒng)的部分負(fù)荷必將由分布式電源主動承擔(dān)，此時配電網(wǎng)上級降壓變電站的容量配備理論上可以小于系統(tǒng)總負(fù)荷。在這種情況下，由于光伏、風(fēng)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(yùn)行可能會導(dǎo)致系統(tǒng)缺電，從而影響系統(tǒng)的可靠性。同時光伏、風(fēng)電等新能源接入配電網(wǎng)后，配電系統(tǒng)從單電源結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，引起潮流大小和方向發(fā)生改變；不同類型、容量的分布式電源分散在不同位置，電網(wǎng)運(yùn)行中會出現(xiàn)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(jī)性大，使得電壓波動大，容易出現(xiàn)閃變。為反映分布式電源接入前后配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的變化情況，以下從可靠性、負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量4個方面進(jìn)行適應(yīng)性研究。

1 適應(yīng)性研究評價

適應(yīng)性研究是對某一地區(qū)電網(wǎng)根據(jù)給定的新能源及分布式電源規(guī)劃方案接入的適應(yīng)能力研究。

根據(jù)各地區(qū)新能源及分布式電源的特點(diǎn)，從電源類型、電壓等級、城農(nóng)網(wǎng)等不同緯度考慮，選取浙江嘉興秀洲光伏園區(qū)配電網(wǎng)、尖山新區(qū)分布式光伏接入配電網(wǎng)、尖山區(qū)域風(fēng)電站接入配電網(wǎng)等作為研究對象，分析現(xiàn)狀配電網(wǎng)對各類新能源接入的適應(yīng)性研究評價。

1.1分析評價方法

采用指標(biāo)評分加權(quán)的方法對待評價的區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行適應(yīng)性評價?；舅悸窞椋焊鶕?jù)待評價區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算得到《分布式電源接入電網(wǎng)評價導(dǎo)則》中的各指標(biāo)值和對應(yīng)的指標(biāo)評分，再由公式（1）計算得到各指標(biāo)的加權(quán)評分值，得到適應(yīng)性分析結(jié)果。

式中：M為所選區(qū)域電網(wǎng)的適應(yīng)性評分；yk為所選區(qū)域電網(wǎng)的第k項具體指標(biāo)數(shù)值；m為所選區(qū)域電網(wǎng)評價的指標(biāo)項數(shù)，m≤10；wk為所選區(qū)域電網(wǎng)的第k項具體指標(biāo)權(quán)重，m項權(quán)重之和應(yīng)為1。

若選擇的待評價區(qū)域電網(wǎng)較大，不便于整體分析，可采用分層分區(qū)思想，將電網(wǎng)評價范圍劃分為區(qū)域電網(wǎng)、各電壓等級電網(wǎng)、各分區(qū)電網(wǎng)3層；若同一個電壓等級中存在電氣聯(lián)系較弱或相對獨(dú)立的分區(qū)電網(wǎng)，且每個分區(qū)均有電源接入，應(yīng)進(jìn)一步劃分出分區(qū)電網(wǎng)。電網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 電網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)

分層分區(qū)完成后，采用層次分析法，進(jìn)行區(qū)域電網(wǎng)評價，方法如下：根據(jù)指標(biāo)評分加權(quán)方法可得到各分區(qū)電網(wǎng)適應(yīng)性評分，然后由公式（2）計算各電壓等級電網(wǎng)適應(yīng)性評分，由公式（3）得到區(qū)域電網(wǎng)適應(yīng)性評分值。

式中：Mi表示序號為i的電壓等級電網(wǎng)適應(yīng)性評分；Wi表示電壓等級序號為i，分區(qū)序號為Aj的分區(qū)電網(wǎng)的適應(yīng)性評分權(quán)重，Aj項權(quán)重之和應(yīng)等于1。

式中：MMREA為分布式電源接入后區(qū)域電網(wǎng)的適應(yīng)性評分；n為區(qū)域電網(wǎng)評價的不同電壓等級數(shù)量，n≤5；Wi表示電壓等級序號為i的電壓等級電網(wǎng)的適應(yīng)性指標(biāo)權(quán)重，n項權(quán)重之和應(yīng)等于1。

1.2 評價流程

適應(yīng)性評價流程如圖2所示：

（1）確定電網(wǎng)評價區(qū)域范圍。

（2）搜集所選區(qū)域的電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包含電源數(shù)據(jù)、變壓器數(shù)據(jù)、線路數(shù)據(jù)、負(fù)荷數(shù)據(jù)等。

（3）根據(jù)電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算評價指標(biāo)體系中的各指標(biāo)值。

（4）根據(jù)導(dǎo)則評分公式計算各指標(biāo)的評分值。

（5）根據(jù)式（1）計算所選評價區(qū)域的評分值。

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

（7）根據(jù)所選評價區(qū)域的評分值進(jìn)行適應(yīng)性分析，對“不具備適應(yīng)能力”的方案，重新改造再進(jìn)行適應(yīng)性評價。

圖2 適應(yīng)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(wǎng)的適應(yīng)性進(jìn)行論述分析。

2.1 秀洲光伏園區(qū)分布式光伏接入配電網(wǎng)（城網(wǎng)分布式電源）

根據(jù)規(guī)劃資料，秀洲光伏高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)光伏滲透率達(dá)18.7%。對分布式光伏項目并網(wǎng)進(jìn)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(jié)果如圖3—6所示。

圖3 秀洲光伏園區(qū)短路電流

圖4 秀洲光伏園區(qū)變壓器負(fù)載率

圖5 秀洲光伏園區(qū)各場景支路負(fù)載率

圖6 秀洲光伏園區(qū)節(jié)點(diǎn)電壓偏移率

分布式電源接入系統(tǒng)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(biāo)分值分別為0分和1.67分，可靠性指標(biāo)總分值為1.67分。負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量指標(biāo)總分值均為0分。

可見，秀洲光伏園區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對完善，供電能力充足，光伏接入方案合理。新能源發(fā)展未對秀洲電網(wǎng)安全運(yùn)行造成負(fù)面不利影響，區(qū)域電網(wǎng)對新能源接入具備較強(qiáng)適應(yīng)能力，不需要進(jìn)行分布式電源接入系統(tǒng)規(guī)劃方案調(diào)整工作。

2.2 尖山新區(qū)分布式光伏接入配電網(wǎng)（農(nóng)網(wǎng)分布式電源）

根據(jù)規(guī)劃資料，尖山新區(qū)光伏滲透率達(dá)60%。通過對其分布式光伏項目并網(wǎng)進(jìn)行仿真計算知，可靠性、負(fù)載率、短路電流及電能質(zhì)量指標(biāo)分值均為0分。其可靠性、電能質(zhì)量分析結(jié)果如下：

2.2.1 可靠性

變電站低壓側(cè)母線光伏消納能力受節(jié)點(diǎn)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(dāng)一臺主變故障，考慮運(yùn)行主變的短時過載能力。忽略光伏輸出功率在傳輸時網(wǎng)絡(luò)損耗，表達(dá)如下式：

110 kV尖山變電站（以下簡稱尖山變，其余類推）主變?nèi)萘繛椋?×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(fù)荷9.58萬kW，光伏接入容量11.05萬kW，考慮供區(qū)零負(fù)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(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供，2號和3號主變滿足N-1要求；考慮供區(qū)最大負(fù)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(fù)荷可以通過低壓側(cè)線路轉(zhuǎn)供，2號和3號主變滿足N-1要求。

但1號主變低壓側(cè)的線路轉(zhuǎn)供能力有限，隨著負(fù)荷的增長，電網(wǎng)運(yùn)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(zhì)量

利用OPENDSS仿真軟件采用解耦分析法及連續(xù)潮流法開展仿真計算，仿真的重點(diǎn)是線路負(fù)載率和節(jié)點(diǎn)電壓。

對尖山區(qū)域典型日各臺主變低壓側(cè)母線運(yùn)行電壓進(jìn)行仿真計算，結(jié)果如圖7—9所示。

圖7 尖山1號主變低壓側(cè)母線電壓

圖7—9表明：尖山變1號主變10 kV側(cè)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(cè)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(cè)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(fù)荷較輕，電壓相對較高；2號主變20 kV低壓母線較為平穩(wěn)；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(nèi)負(fù)荷波動較大，但母線電壓仍然在所規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。

圖8 尖山2號主變低壓側(cè)母線電壓

圖9 尖山3號主變低壓側(cè)母線電壓

可見，尖山新區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對完善，供電能力充足，光伏接入方案合理，表示該區(qū)域電網(wǎng)為“具備適應(yīng)能力”。但考慮極端情況下大規(guī)模并網(wǎng)對電網(wǎng)安全運(yùn)行造成影響，春節(jié)等特殊時段存在出力倒送情況，不斷增長的負(fù)荷亦將影響區(qū)域電網(wǎng)整體供電可靠性，有必要補(bǔ)強(qiáng)完善。建議方案如下：加強(qiáng)區(qū)域配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；對部分輻射狀的公用配電線路進(jìn)行聯(lián)絡(luò)補(bǔ)強(qiáng)，在此基礎(chǔ)上，對線路負(fù)荷分布進(jìn)行調(diào)整，減輕部分重載線路的負(fù)載率，確保聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供能力，以滿足全線轉(zhuǎn)供要求。

2.3 尖山區(qū)域風(fēng)電接入配電網(wǎng)（新能源電站）

通過對尖山110 kV中廣核風(fēng)電場接入系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性分析。中廣核尖山風(fēng)電場接入后，可靠性、負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量分值均為0分，表示區(qū)域電網(wǎng)為“具備適用能力”，中廣核尖山風(fēng)電場接入系統(tǒng)規(guī)劃方案較為合理，不需要進(jìn)行接入系統(tǒng)規(guī)劃方案調(diào)整工作。

綜上所述，通過對可靠性、負(fù)載率、短路電流、電能質(zhì)量等情況進(jìn)行分析，結(jié)合權(quán)重設(shè)置，對區(qū)域電網(wǎng)適應(yīng)性進(jìn)行綜合評分，3個典型區(qū)域綜合評價結(jié)果如表1所示。

表1 電網(wǎng)適用性評價結(jié)果

3 結(jié)語

通過對新能源及分布式電源規(guī)劃方案接入的適應(yīng)能力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)浙江35 kV及以上配電網(wǎng)接納新能源的能力較強(qiáng)，但需注意因新能源接入對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成污染，做好電源接入的電能質(zhì)量評估工作，并提出針對性的治理措施。相對而言，農(nóng)村電網(wǎng)存在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、設(shè)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(guī)模接入往往會降低配電網(wǎng)的可靠性、電能質(zhì)量水平，需統(tǒng)籌考慮分布式電源的分布及接入規(guī)模，加快相關(guān)配套工程建設(shè)，優(yōu)化配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備配置水平，保證分布式電源接入后安全穩(wěn)定運(yùn)行。

為避免局部電網(wǎng)出現(xiàn)新能源發(fā)電集中接入帶來的消納問題，需合理安排新能源建設(shè)時序，科學(xué)規(guī)劃新能源發(fā)電接入方案。隨著新能源發(fā)電滲透率的提高，多個諧波源疊加對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響也需要重點(diǎn)關(guān)注。建議加強(qiáng)對投運(yùn)后的新能源發(fā)電功率預(yù)測及運(yùn)行監(jiān)控工作，對電源側(cè)開展電能質(zhì)量監(jiān)測，以滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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