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(guó)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(lái)，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(dòng)承擔(dān)，此時(shí)配電網(wǎng)上級(jí)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(dòng)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)缺電，從而影響系統(tǒng)的可靠性。同時(shí)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(lèi)型、容量的分布式電源分散在不同位置，電網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)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(guò)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(dòng)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(gè)方面進(jìn)行適應(yīng)性研究。

1 適應(yīng)性研究評(píng)價(jià)

適應(yīng)性研究是對(duì)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(lèi)型、電壓等級(jí)、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(duì)象，分析現(xiàn)狀配電網(wǎng)對(duì)各類(lèi)新能源接入的適應(yīng)性研究評(píng)價(jià)。

1.1分析評(píng)價(jià)方法

采用指標(biāo)評(píng)分加權(quán)的方法對(duì)待評(píng)價(jià)的區(qū)域電網(wǎng)進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)?；舅悸窞椋焊鶕?jù)待評(píng)價(jià)區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到《分布式電源接入電網(wǎng)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》中的各指標(biāo)值和對(duì)應(yīng)的指標(biāo)評(píng)分，再由公式（1）計(jì)算得到各指標(biāo)的加權(quán)評(píng)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(píng)分；yk為所選區(qū)域電網(wǎng)的第k項(xiàng)具體指標(biāo)數(shù)值；m為所選區(qū)域電網(wǎng)評(píng)價(jià)的指標(biāo)項(xiàng)數(shù)，m≤10；wk為所選區(qū)域電網(wǎng)的第k項(xiàng)具體指標(biāo)權(quán)重，m項(xiàng)權(quán)重之和應(yīng)為1。

若選擇的待評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)范圍劃分為區(qū)域電網(wǎng)、各電壓等級(jí)電網(wǎng)、各分區(qū)電網(wǎng)3層；若同一個(gè)電壓等級(jí)中存在電氣聯(lián)系較弱或相對(duì)獨(dú)立的分區(qū)電網(wǎng)，且每個(gè)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(píng)價(jià)，方法如下：根據(jù)指標(biāo)評(píng)分加權(quán)方法可得到各分區(qū)電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分，然后由公式（2）計(jì)算各電壓等級(jí)電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分，由公式（3）得到區(qū)域電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分值。

式中：Mi表示序號(hào)為i的電壓等級(jí)電網(wǎng)適應(yīng)性評(píng)分；Wi表示電壓等級(jí)序號(hào)為i，分區(qū)序號(hào)為Aj的分區(qū)電網(wǎng)的適應(yīng)性評(píng)分權(quán)重，Aj項(xiàng)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(píng)分；n為區(qū)域電網(wǎng)評(píng)價(jià)的不同電壓等級(jí)數(shù)量，n≤5；Wi表示電壓等級(jí)序號(hào)為i的電壓等級(jí)電網(wǎng)的適應(yīng)性指標(biāo)權(quán)重，n項(xiàng)權(quán)重之和應(yīng)等于1。

1.2 評(píng)價(jià)流程

適應(yīng)性評(píng)價(jià)流程如圖2所示：

（1）確定電網(wǎng)評(píng)價(jià)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(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各指標(biāo)值。

（4）根據(jù)導(dǎo)則評(píng)分公式計(jì)算各指標(biāo)的評(píng)分值。

（5）根據(jù)式（1）計(jì)算所選評(píng)價(jià)區(qū)域的評(píng)分值。

（6）評(píng)價(jià)結(jié)論分為3級(jí)，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(píng)價(jià)區(qū)域的評(píng)分值進(jìn)行適應(yīng)性分析，對(duì)“不具備適應(yīng)能力”的方案，重新改造再進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)。

圖2 適應(yīng)性評(píng)價(jià)流程

2 案例分析

通過(guò)3個(gè)典型案例對(duì)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(duì)分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)進(jìn)行DigSilent仿真計(jì)算，仿真按照分布式電源的不同出力分為5個(gè)場(chǎng)景，場(chǎng)景1—5中分布式電源出力分別為100%，80%，50%，30%，0%，計(jì)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(chǎng)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(mǎn)足N-1的變壓器增加比例為0%，不滿(mǎn)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(jiàn)，秀洲光伏園區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)完善，供電能力充足，光伏接入方案合理。新能源發(fā)展未對(duì)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(duì)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(guò)對(duì)其分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)進(jìn)行仿真計(jì)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(jiǎn)稱(chēng)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(tái)主變故障，考慮運(yùn)行主變的短時(shí)過(guò)載能力。忽略光伏輸出功率在傳輸時(shí)網(wǎng)絡(luò)損耗，表達(dá)如下式：

110 kV尖山變電站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)尖山變，其余類(lèi)推）主變?nèi)萘繛椋?×5+2×8）萬(wàn) kVA， 1 臺(tái) 5 萬(wàn)kVA變壓器，電壓變比為110/35/10 kV；2臺(tái)8萬(wàn)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(wàn)kW，光伏接入容量11.05萬(wàn)kW，考慮供區(qū)零負(fù)荷且光伏滿(mǎn)出力，尖山1號(hào)主變倒送1.05萬(wàn)kW，尖山2號(hào)和3號(hào)光伏倒送功率約7.8萬(wàn)kW，1號(hào)主變不滿(mǎn)足N-1要求，但可通過(guò)聯(lián)絡(luò)線路轉(zhuǎn)供，2號(hào)和3號(hào)主變滿(mǎn)足N-1要求；考慮供區(qū)最大負(fù)荷，光伏滿(mǎn)出力（80%）、半出力（40%）、零出力情況，主變下送潮流分別為0.72萬(wàn)kW，5.15萬(wàn)kW，9.58萬(wàn)kW，零出力時(shí)1號(hào)主變負(fù)荷可以通過(guò)低壓側(cè)線路轉(zhuǎn)供，2號(hào)和3號(hào)主變滿(mǎn)足N-1要求。

但1號(hào)主變低壓側(cè)的線路轉(zhuǎn)供能力有限，隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，電網(wǎng)運(yùn)行可靠性將受到影響。

同樣測(cè)算，安江變2臺(tái)主變N-1均能通過(guò)。

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(kāi)展仿真計(jì)算，仿真的重點(diǎn)是線路負(fù)載率和節(jié)點(diǎn)電壓。

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

圖7 尖山1號(hào)主變低壓側(cè)母線電壓

圖7—9表明：尖山變1號(hào)主變10 kV側(cè)母線電壓在1.044～1.058 p.u.波動(dòng)，平均值為1.053 p.u.；2號(hào)主變20 kV側(cè)母線電壓在1.045 6～1.050 3 p.u.波動(dòng)，平均值為1.048 2 p.u.；3號(hào)主變20 kV側(cè)電壓在 1.041～1.056 p.u.波動(dòng)，平均值為 1.051 p.u.。1號(hào)主變整體負(fù)荷較輕，電壓相對(duì)較高；2號(hào)主變20 kV低壓母線較為平穩(wěn)；3號(hào)主變20 kV低壓母線波動(dòng)相對(duì)較大，主要原因是3號(hào)主變所轄饋線一日之內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)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(hào)主變低壓側(cè)母線電壓

圖9 尖山3號(hào)主變低壓側(cè)母線電壓

可見(jiàn)，尖山新區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)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(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行造成影響，春節(jié)等特殊時(shí)段存在出力倒送情況，不斷增長(zhǎng)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(duì)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(duì)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(mǎn)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(guò)對(duì)尖山110 kV中廣核風(fēng)電場(chǎng)接入系統(tǒng)進(jìn)行適應(yīng)性分析。中廣核尖山風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)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(guò)對(duì)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(duì)區(qū)域電網(wǎng)適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)分，3個(gè)典型區(qū)域綜合評(píng)價(jià)結(jié)果如表1所示。

表1 電網(wǎng)適用性評(píng)價(jià)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)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(duì)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(píng)估工作，并提出針對(duì)性的治理措施。相對(duì)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(zhǎng)、就地消納能力偏弱等問(wèn)題，10 kV及以下分布式電源的大規(guī)模接入往往會(huì)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(lái)的消納問(wèn)題，需合理安排新能源建設(shè)時(shí)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(gè)諧波源疊加對(duì)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(duì)投運(yùn)后的新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)及運(yùn)行監(jiān)控工作，對(duì)電源側(cè)開(kāi)展電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，以滿(mǎn)足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]張鈞，何正友，譚熙靜．一種基于ANFIS的配電網(wǎng)故障分類(lèi)方法及其適應(yīng)性分析[J]．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（4）∶23-29．

[2]丁明，石雪梅．新能源接入對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的影響[J]．電力建設(shè)，2015，36（1）∶76-84．

[3]馮喜.探討國(guó)內(nèi)新能源發(fā)電發(fā)展思路[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2016，6（15）∶30-31．

[4]梁才浩，黃鑌，張占奎，等.大容量可再生能源接入電網(wǎng)及大容量?jī)?chǔ)能的應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[5]勵(lì)文偉，蔡振華，鄭瑜．含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)負(fù)荷建模研究[J]．電子技術(shù)與軟件工程，2015（7）∶229-230．

[6]國(guó)宗.含新能源發(fā)電的配電網(wǎng)供電能力研究[D].上海：上海電力學(xué)院，2015.

[7]壽瑜江.探討大規(guī)模新能源電力進(jìn)行安全高效利用的問(wèn)題[J].科技視界，2014（15）∶258.

[8]楊財(cái)業(yè).大規(guī)模新能源電力安全高效利用基礎(chǔ)問(wèn)題[J].能源與節(jié)能，2014（11）∶70-71.

[9]杜鵬輝，黃研利，黃軍鋒.大規(guī)模新能源電力安全高效利用基礎(chǔ)問(wèn)題思考[J].東方企業(yè)文化，2015（11）∶141-145.

[10]王曉，羅安，鄧才波，等．基于光伏并網(wǎng)的電能質(zhì)量控制系統(tǒng)[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2012（4）∶68-73．

[11]馮剛，劉明康，王棟．交直流混聯(lián)電網(wǎng)與風(fēng)電場(chǎng)適應(yīng)性穩(wěn)態(tài)分析研究[J].浙江電力，2015，34（6）∶16-19.

[12]李作鋒，黃奇峰，楊世海，等.適應(yīng)新型電力供需的多元化友好互動(dòng)體系研究[J].江蘇電機(jī)工程，2016，35（5）∶1-5.

[13]唐銳.分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響分析[J].浙江電力，2015，34（8）∶13-16.

[14]吳昊，許躍進(jìn)，殷德聰，等．計(jì)及氣象因素的分布式電源在配電網(wǎng)的優(yōu)化配置[J]．浙江電力，2015，34（12）∶1-6.