能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的分布式光伏接入配電網(wǎng)管理模式初探

梁琳++劉娟++秦礪寒++侯喆瑞

摘要： 隨著能源危機與環(huán)境污染問題的日趨嚴重，全球能源互聯(lián)網(wǎng)理念應(yīng)運而生，新產(chǎn)生的清潔能源、特高壓電網(wǎng)以及智能電網(wǎng)都為能源互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。本文結(jié)合全球能源互聯(lián)網(wǎng)趨勢背景，對光伏接入電網(wǎng)的后續(xù)影響進行了探討，并提出幾點淺見，希望能夠為相關(guān)電力企業(yè)和部門提供參考性意見。

Abstract： With the energy crisis and environmental pollution problems becoming more and more serious， the global energy Internet concept arises at the historic moment. New clean energy， UHV power grid and smart grid provide a solid foundation for the further development of energy Internet. Based on the background of the global energy Internet trend， the subsequent impact on the photovoltaic grid are discussed， and some suggestions are put forward to provide reference for relevant departments and power companies.

關(guān)鍵詞： 能源互聯(lián)網(wǎng)；光伏接入電網(wǎng)；管理模式

Key words： energy Internet；PV access grid；management model

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0026-02

0 引言

隨著火力發(fā)電的發(fā)展，各種化石性燃料被大量消耗，這些不可再生能源儲備日益減少，能源緊張問題和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為限制人類社會繼續(xù)發(fā)展的瓶頸，積極開發(fā)和利用清潔能源，已經(jīng)勢在必行。在這樣的背景下全球能源互聯(lián)網(wǎng)理念得以產(chǎn)生和發(fā)展。太陽能具有清潔無污染、投資成本小、不受地域限制等優(yōu)勢特點，因此受到社會各界的廣泛關(guān)注。能源互聯(lián)網(wǎng)在我國還是一個新概念，它對我國能源產(chǎn)業(yè)的改革具有戰(zhàn)略性的指導(dǎo)意義，對國內(nèi)能源產(chǎn)業(yè)的能源再生規(guī)劃發(fā)展、加強能源的充分利用、促進能源市場的開放和能源產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化升級都有重要的現(xiàn)實意義，對國民經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)造新的增長點，在全球化進程中跟上時代的腳步。利用太陽能光伏發(fā)電，是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，已經(jīng)成為清潔能源的重要開發(fā)領(lǐng)域。從長遠發(fā)展的角度來看，光伏接入電網(wǎng)系統(tǒng)并予以運行，技能解決能有持續(xù)利用問題，又能降低能源消耗成本、減少環(huán)境污染，對社會經(jīng)濟的發(fā)展和自然環(huán)境的保護有著極為深遠的意義。光伏并網(wǎng)在我國華北、西北等地區(qū)已經(jīng)得到初步實驗應(yīng)用，但是由于光伏發(fā)電受天氣變化影響，波動性較強，對電網(wǎng)繼電保護、供電質(zhì)量、系統(tǒng)調(diào)控管理都會產(chǎn)生影響，這些問題都亟待解決。

1 光伏接入電網(wǎng)技術(shù)問題和解決辦法

盡管太陽能就可再生、清潔無污染的優(yōu)點，但是大規(guī)模的太陽能光伏電力系接入常規(guī)供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在帶有優(yōu)勢作用的同時，也會帶來各種負面作用。

1.1 對電力系統(tǒng)繼電保護的影響和解決措施 首先，依照當前實際發(fā)展情況來看，小規(guī)模的光伏接入對電力系統(tǒng)繼電保護運行造成的影響微乎其微，但是，如果大容量光伏系統(tǒng)接入低壓極有可能導(dǎo)致類似短路抗組這類的參數(shù)變化，一旦出現(xiàn)系統(tǒng)故障，由于光伏電源的影響，短路電流會產(chǎn)生不能預(yù)期的變化，進而會極大地影響系統(tǒng)繼電保護的靈敏性以及選擇性。另一方面，是對繼電保護系統(tǒng)配置的影響。因為在未來發(fā)展階段，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍的逐漸擴大，接入光伏的電力系統(tǒng)會越來越多，對繼電保護系統(tǒng)也提出了更高的要求，不但要做好協(xié)調(diào)配置，而且要做到保證不同電源的順利接入以及特高壓電網(wǎng)的正常運行，在繼電保護系的智能性和靈敏性方面不斷優(yōu)化更新。

1.2 對電力系統(tǒng)供電質(zhì)量的影響和措施 太陽能由于受到天氣狀況的影響，其能源供給帶有明顯的不穩(wěn)定性，對光伏系統(tǒng)也會產(chǎn)生干擾，從而使供電頻率和電壓等都不能滿足現(xiàn)實需要，電能質(zhì)量不達標，對生活生產(chǎn)和人們的生活都造成影響。如果光伏接入常規(guī)電網(wǎng)，利用類似電力電子逆變器這樣的手段可以對供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量起到幫助作用，但是在未來能源互聯(lián)網(wǎng)深入發(fā)展的時候，這些措施就很難再起到作用，“源-網(wǎng)-荷-儲”將成為供電系統(tǒng)保證供電穩(wěn)定的首選，因為通過它可以有效降低光伏接入的負面影響。

1.3 對電網(wǎng)調(diào)控管理模式的影響和措施 調(diào)度管理系統(tǒng)關(guān)系到電網(wǎng)的正常穩(wěn)定運行，光伏系統(tǒng)接入對電網(wǎng)調(diào)度控制中心的影響更為直觀顯著，由于電壓和調(diào)度范圍的變化，光伏大規(guī)模接入電網(wǎng)后，在電網(wǎng)的建設(shè)、調(diào)整、運行等方面都會造成困擾。因此，在新的能源發(fā)展背景下，電力企業(yè)應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展潮流，對自身的調(diào)度管理工作模式進行合理創(chuàng)新，在傳統(tǒng)的工作基礎(chǔ)上融合能源互聯(lián)、智能優(yōu)化以及集成協(xié)調(diào)，創(chuàng)立新的能源互聯(lián)網(wǎng)電力系統(tǒng)的電網(wǎng)調(diào)控模式。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成原理和接入電網(wǎng)方案

光伏發(fā)電系統(tǒng)的形成主要源自于“光伏效應(yīng)”這一原理，即利用太陽能電池板把太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

2.1 太陽能光伏并網(wǎng)原理 光伏陣列匯流箱、光伏并網(wǎng)逆變器、太陽能光伏電池組件等配置共同組成了接入光伏后的電網(wǎng)系統(tǒng)。在這些組成設(shè)備里，太陽能電池起到最基礎(chǔ)的介質(zhì)作用，在工作中主要起到“光生伏打”效應(yīng)的半導(dǎo)體作用。太陽光照強度、電池板面積以及電池電流之間呈正相關(guān)關(guān)系。其次重要的就是光伏陣列匯流箱，這個組件主要起到匯流作用，其原理是先串聯(lián)再并聯(lián)，直電流輸出，通過逆變器轉(zhuǎn)化成交流電，最終實現(xiàn)太陽能光伏并網(wǎng)，其主要構(gòu)成如圖1所示。除此之外，為了對并網(wǎng)后的光伏發(fā)電系統(tǒng)進行運行管控、保證供電網(wǎng)的電能質(zhì)量，還要將系統(tǒng)設(shè)備、濾波裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置等接入發(fā)電系統(tǒng)。關(guān)于光伏并網(wǎng)如圖1。

2.2 太陽能光伏并網(wǎng)單點接入方案研究分析

下面關(guān)于光伏并網(wǎng)網(wǎng)點的選擇進行介紹：首先介紹一種簡單方案。將光伏發(fā)電系統(tǒng)的專線接連到公用變電站，并占用其10kV間隔，將系統(tǒng)的并網(wǎng)點設(shè)在用戶進線斷路器，通過用過戶斷路器對光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)運行進行控制。這是一種接線較為簡單的光伏接入方案，該方案適合應(yīng)用于自發(fā)自用和余電上網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)。它最大的優(yōu)點也是接線簡單，當出現(xiàn)意外情況發(fā)生故障，能夠迅速隔離，并且對整個供電系統(tǒng)的影響性很小。

第二個方案，就是在常規(guī)線路上選擇某一點進行光伏接入，此線路此時仍然為其他用戶提供供電服務(wù)，該線路已經(jīng)成為原有常規(guī)線路的一個分支線路，同時扮演電源與負荷這兩個角色，所以要注意兩條線路間的配合保護。進一步介紹該方案就是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行“T接”處理，接到10kV配電線路。

方案三，主要適用于自發(fā)自用、業(yè)余不上網(wǎng)類型。具體操作方法為，10kV專線用戶低壓接入光伏系統(tǒng)，原線路依然以普通負荷性質(zhì)并網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)在本站將開關(guān)設(shè)置為并網(wǎng)點并安裝在低壓側(cè)，整個資源運行使用都有客戶自己進行管理，這樣一來用戶就能夠同時享受原有的常規(guī)電網(wǎng)和新建光伏系統(tǒng)的供電服務(wù)功能。

最后一個方案，光伏接入方法是：將第二個方案和第三個方案相互融合。這一方案主要是為了滿足條件允許的10kV用戶的光伏系統(tǒng)接入需求。這一方案的可行性優(yōu)點是較為節(jié)約成本，并且對路由問題給予了一定解決。但是該方案的缺點也是顯而易見的，那就是線路接入復(fù)雜，管理難度大。

2.3 我國光伏接入電網(wǎng)管理模式的成功案例 近期最新發(fā)布的《國家電網(wǎng)公司促進新能源發(fā)展白皮書（2016）》指出，在新能源領(lǐng)域我國已經(jīng)處在世界領(lǐng)先位置，截止到2015年，我國光伏裝機容量已經(jīng)躍居世界首位，并集中分布于“三北”地區(qū)。關(guān)于新能源并網(wǎng)，國家及國家電網(wǎng)已經(jīng)制定并頒布了相應(yīng)標準，例如《光伏接入電力系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定》、《光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》、《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》等。作為“西電東送”工程的重要單位，冀北電力公司這些政策、標準的嚴格執(zhí)行，為華北地區(qū)新能源的開發(fā)利用提供了重要支持。其中最具有代表性的河北張北縣，充分利用當?shù)刎S富的太陽能資源優(yōu)勢，大力推動光伏開發(fā)，并且引進國際風(fēng)光儲輸項目，隨著該示范項目的順利進行，內(nèi)多家光伏開發(fā)企業(yè)入駐張北縣，與此同時，恒大、東旭、博望華科等集團公司也先后簽約合作，共同投入到我國大型的新能源基地建設(shè)中來。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光伏接入電網(wǎng)管理模式策略分析

為了在經(jīng)濟全球化過程中加強競爭優(yōu)勢，供電企業(yè)必須建立適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)光伏接入的新型管理模式。

3.1 有針對性地建立光伏接入電網(wǎng)管理標準 關(guān)于能源互聯(lián)，已經(jīng)出現(xiàn)許多相關(guān)的指導(dǎo)意見，就有代表性的就是《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，要實現(xiàn)能源互聯(lián)，必須在前期制定相應(yīng)的標注和評價體系，電網(wǎng)企業(yè)應(yīng)積極學(xué)習(xí)，努力探索，在太陽能領(lǐng)域開發(fā)新的管理標準，在技術(shù)和標準兩方面有所建樹，在建設(shè)自身的同時，采取走出去戰(zhàn)略，支持并推動全球能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

3.2 立足當下，用長遠的發(fā)展目光統(tǒng)籌能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展規(guī)劃 在全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展大背景下，應(yīng)重視能源與電力之間的協(xié)調(diào)互補，加強對太陽能能源的開發(fā)利用。例如，新能源應(yīng)該與電力方面進多能聚合的技術(shù)開發(fā)，優(yōu)勢互補協(xié)調(diào)發(fā)展，積極研究對太陽能轉(zhuǎn)化為電能的新技術(shù)方案，并建立新的能源技術(shù)標準體系，在太陽能轉(zhuǎn)化電能及其儲備方面加大投入。

3.3 對供電網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控管理和運行模式進行合理創(chuàng)新 各項科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新歸根結(jié)底還是在于人才的培養(yǎng)和利用，因此，對電網(wǎng)調(diào)控運行系統(tǒng)的操作人員要進行有針對性的技術(shù)培訓(xùn)，使其掌握光伏接入電網(wǎng)的理論知識和技術(shù)要求，并組織進行相關(guān)的理論探索和實踐演練，不斷發(fā)現(xiàn)和總結(jié)光伏并網(wǎng)占比加大后對電網(wǎng)系統(tǒng)的各種影響。與此同時，電網(wǎng)企業(yè)需根據(jù)自身的特點，因地制宜，建立協(xié)同化管理模式，對大規(guī)模光伏并網(wǎng)工作進行全程掌控管理。

3.4 通過利用“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)發(fā)展，加快新能源電力系統(tǒng)的創(chuàng)新建設(shè) 光伏并網(wǎng)運作屬于有源網(wǎng)絡(luò)，在能源清潔、需求多元化、智能電網(wǎng)等諸多方面為新能源電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的創(chuàng)新建設(shè)提供了可能性支持，在“源-網(wǎng)-荷-儲”協(xié)調(diào)下，集成互補，為能源互聯(lián)網(wǎng)的延伸發(fā)展提供推動力。

4 結(jié)語

總而言之，在能源互聯(lián)網(wǎng)不斷發(fā)展的大環(huán)境下，光伏發(fā)電系統(tǒng)在理論上日臻完善，在現(xiàn)實應(yīng)用中各項技術(shù)不斷成熟，在未來的發(fā)展時期，太陽能光伏電力系統(tǒng)會成為清潔能源開發(fā)與利用的主要方向。將清潔無污染的太陽能轉(zhuǎn)化為電力能量，并輸送給千家萬戶，不但能夠解決資源枯竭的能源危機，而且能緩解火力發(fā)電造成的環(huán)境問題，在很大程度上緩和了人類發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾，為人類的可持續(xù)發(fā)展提供了可行性支撐，具有深刻的社會意義和環(huán)境意義。

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