能源互聯網背景下的光伏接入電網管理模式探索

李曉永 吳樹茂

（國網天津市電力公司城西供電分公司，天津 300190）

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能源互聯網背景下的光伏接入電網管理模式探索

李曉永 吳樹茂

（國網天津市電力公司城西供電分公司，天津 300190）

摘 要：隨著科學技術的日新月異，全球能源互聯網作為一場新的能源革命正在孕育而生，特高壓電網、智能電網、清潔能源成為能源互聯網發展的支撐平臺，本文在此背景下，對大規模光伏系統接入電網后的影響進行了分析，并提出以完善標準、統籌規劃、在線監測、創新調控、“源-網-荷-儲”協調，加快新能源電力系統改革等措施促進電網企業在光伏管控方面適應全球能源互聯網發展。

關鍵詞：能源互聯網；光伏接入；調控管理

一、全球能源互聯網概述

2016年2月29日，《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》正式發布，意見中指出：能源互聯網是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業發展新形態，具有設備智能、多能協同、信息對稱、供需分散、系統扁平、交易開放等主要特征。國家電網公司董事長劉振亞提出全球能源互聯網的實質就是“特高壓電網+智能電網+清潔能源”，特高壓電網是關鍵，智能電網是基礎，清潔能源是根本。

能源互聯網是推動我國能源革命的重要戰略支撐，對適應可再生能源規模化發展，提升能源開發利用效率，推動能源市場開放和產業升級，形成新的經濟增長點，提升能源國際合作水平具有重要意義。太陽能光伏發電作為能源互聯網的一個重要分支，對清潔能源的貢獻不可估量，從電網發展角度考慮，太陽能光伏發電系統大規模接入電網運行，實現清潔能源消納，還可以節約成本、降低環境污染，有著重要的經濟意義和社會意義。

二、光伏發電系統的組成及并網方案

太陽能光伏發電系統利用“光伏效應”的基本原理，通過太陽能電池板作為介質，將太陽能轉換成電能。

1. 光伏發電系統的組成

并網運行的太陽能光伏發電系統主要是由太陽能光伏電池組件、光伏陣列匯流箱、交直流配電柜、光伏并網逆變器等設備組成。其中，最基本的是太陽能電池，也是一種半導體器件，具有“光生伏打”效應。太陽光照射強度以及電池板的面積大小與電池的電流大小成正比。其次，是光伏陣列匯流箱，它的作用是匯流，先串聯后并聯，而后輸出直流電，經逆變器轉變為交流電（光伏專用），實現并網。除了主要的組成機構以外，接入系統設備、系統的通信監控裝置、防雷及接地裝置、濾波裝置、無功調節裝置、電能質量監測裝置等等，主要對光伏并網的運行監控、提高電能質量等方面起支撐作用。

2. 光伏系統接入配電網方案研究

方案一：光伏發電系統專線接入公用站，占用公用變電站10kV間隔，出線線路上無其他任何性質的負荷，并網點設置為用戶進線斷路器，由該斷路器控制光伏系統是否并網運行。該方案多為自發自用、余電上網類型的光伏系統使用。從供電企業角度考慮，此類型光伏系統接線簡單，故障情況下隔離速度快，影響小。

方案二：光伏發電系統“T接”接入10kV配電線路，即在原有常規線路的某一個點接入光伏系統，該線路仍為其他用戶供電，作為原線路的一個分支，即是負荷也是電源，需考慮與原線路保護的配合。

方案三：10kV專線客戶本站低壓接入光伏系統后，該用戶仍以普通負荷性質接入電網，光伏系統在用戶站低壓側安裝開關為并網點，資產為用戶內部管理，這樣能夠使用戶能夠同時滿足常規電網用電和光伏系統用電。此方案多為自發自用、余電不上網類型的光伏用戶使用。

方案四：為滿足具備條件的10kV用戶站對光伏的接入需求，將方案二與方案三融合，更大程度地解決了路由問題，節約成本，為清潔能源消納提供更優策略。但缺點是接線復雜，不易管控，相關設備改造不能同步，相關技術課題有待進一步研究。

三、光伏系統接入對電網運行的影響分析

1. 光伏接入對繼電保護的影響

就目前電力系統繼電保護而言，小容量光伏系統接入低壓可能不會對系統保護運行造成影響，但是在能源互聯網發展的未來，光伏以及各類清潔能源大規模的并網將使系統各項參數發生變化，例如短路阻抗等。在系統發生故障時，短路電流會因光伏電源的存在發生變化，極易出現保護失去靈敏性和選擇性。其次是對系統潮流的影響，對方向性配合要求更高。在能源互聯網建成的未來，光伏發電系統占比擴大，需要繼電保護協調配置，并滿足不同電源的接入，滿足特高壓電網運行要求，形成更為智能、靈活的繼電保護系統。

2. 光伏接入對供電網絡電能質量的影響

我們知道，太陽能系統受天氣光照影響較為直接，不能提供穩定的能源轉化會使光伏系統出現各種擾動、諧波等，進而影響供電系統對用戶的供電頻率、供電電壓等電能質量標準，對人們生活、生產造成困擾。在常規電網接入光伏系統可以通過電力電子逆變器、有源濾波器等措施減少對其對電能質量的影響，但在全球能源互聯網飛速發展的未來，供電網絡將通過“源-網-荷-儲”協調發展、集成互補，將分布式能源轉型為常態電源，降低光伏接入對電能質量的影響，為全球能源用戶提供穩定的電能供應。

3. 光伏接入對電網調控管理的影響

電網調度控制中心作為電力系統正常穩定運行的守護者和指揮者，對光伏發電的接入影響有著更為直觀的感受，按照調度范圍和電壓等級不同，調控管理工作也將面臨光伏系統并網后，在電網方式調整、優化網絡運行、電網規劃、建設等方面的困難。在能源互聯網背景下，供電企業應創新調控管理模式，在電網調頻調峰、電網故障處理、計劃檢修工作、防孤島效應等方面充分考慮能源互聯、集成協調、智能優化、三網合一，建立適應新能源電力系統的調控管理模式。

建立適應能源互聯網的光伏管理新模式

電網企業為適應全球能源互聯網的發展，應在現有管理理念的基礎上，針對光伏管理采取以下幾方面的措施：

（1）建立健全有針對性的管理標準。能源互聯，標準先行，《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》已經發布，在意見的指導下，電網企業應積極探索太陽能開發具體技術領域的新標準，形成較為完備的技術及標準體系，并推動實現國際化，引領全球能源互聯網的發展。

（2）從源頭出發，長遠統籌互聯網規劃。能源互聯網背景下的能源與電力規劃關鍵技術應向著多能聚合、互補協調的方向發展，著力研究新型太陽能體系及其耦合機理，能源互聯網規劃方案優化及評價指標體系的建立，太陽能及儲能等關鍵設備的規劃與投資等等。

（3）創新電網調控運行管理模式。加強調控系統人員技術培訓，熟練掌握光伏并網運行的技術要求，開展含光伏系統的各類故障演練，探索大規模光伏接入后對電力系統負荷預測的影響。在供電企業內部建立“規劃-營銷-運維-調度”協同化管理模式，全過程管控光伏系統接入電網運行。

（4）“源-網-荷-儲”協調，加快新能源電力系統改革。光伏接入電網運行作為有源網絡，從清潔能源利用、用戶多元化需求、智能電網建設等方面對新能源電力系統建設提供支撐，通過“源-網-荷-儲”協調發展、集成互補，進而促進能源互聯網發展。

結語

在全球能源互聯網發展的大背景下，太陽能光伏發電系統的各項技術的成熟和實踐應用，將成為清潔能源高效利用的主要組成部分。在天津，風、光等多種形式新能源的消納利用和并網已有大量成功案例，大中小不同企業以及居民個人的示范項目在天津全面落地開花，國網天津電力正在以模式創新為突破點，進一步創新分布式電源并網服務和技術，確保清潔能源安全便捷并網、100%消納，支撐全球能源互聯網發展，著力解決能源安全、環境污染和氣候變化等問題，讓人們生活更加美好，讓世界成為能源充足、天藍地綠、和平和諧的地球村。

參考文獻

［1］曾鳴，楊雍琦，李源非，等.能源互聯網背景下新能源電力系統運營模式及關鍵技術初探［J］.中國電機工程學報，2016，36（3）：681-691.

中圖分類號：TM61

文獻標識碼：A