分布式電源接入配電網(wǎng)方案選擇研究

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引言近年來由于資源與環(huán)境帶來的問題愈加突出，可再生能源技術(shù)得到了更多的關(guān)注與研究。根據(jù)國家能源發(fā)展規(guī)劃，將以“推動能源生產(chǎn)和利用方式變革，調(diào)整優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系”為目標。同時政策導(dǎo)向與資金扶持進一步促進了分布式發(fā)電產(chǎn)業(yè)的興起，大量分布式電源接入系統(tǒng)工程正在不同程度地開展。在項目建設(shè)的各個環(huán)節(jié)中，接入方案的選擇與制定對分布式電源和配電網(wǎng)的安全運行影響重大。分布式電源接入必將對配電網(wǎng)產(chǎn)生不同程度的影響，如何適應(yīng)分布式發(fā)電的特性，降低其不利影響，充分發(fā)揮其技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)保優(yōu)勢，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求是當(dāng)前研究的一大焦點。我國幅員遼闊，自然與經(jīng)濟狀況地區(qū)差異大，因此配電網(wǎng)的技術(shù)水平也存在較大差別，對分布式電源接入的適應(yīng)性不同；同時不同地區(qū)分布式發(fā)電（新能源）規(guī)劃建設(shè)的規(guī)模和形式不同，設(shè)計中所面對的場景多變，給方案選擇帶來諸多影響因素。為此國家電網(wǎng)公司開展了相關(guān)專題研究并發(fā)布了分布式電源接入工程的典型設(shè)計，以指導(dǎo)接入系統(tǒng)工程設(shè)計。但是在典型設(shè)計應(yīng)用中存在諸多理解和把握的差異性，導(dǎo)致了方案選擇的困難。為了更好地實現(xiàn)分布式發(fā)電與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，有必要對分布式電源接入配電網(wǎng)的方案選擇進行系統(tǒng)的分析與研究，確定針對不同場景接入方案制定的原則和方法，以指導(dǎo)分布式電源接入方案的合理選擇，保證配電網(wǎng)安全運行和分布式發(fā)電的充分消納。1

分布式發(fā)電消納的影響因素研究分布式發(fā)電接入方式的目的在于促進其安全消納，接入方案選擇也需要從分析影響分布式發(fā)電消納的因素入手。1.1配電網(wǎng)現(xiàn)狀由于經(jīng)濟技術(shù)等多方面因素，配電網(wǎng)發(fā)展具有不平衡性，不同地區(qū)、城鄉(xiāng)之間均存在較大差異?，F(xiàn)在基于配電網(wǎng)現(xiàn)狀來分析影響分布式發(fā)電消納的因素，主要有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負荷特性等因素。1.1.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與參數(shù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與參數(shù)體現(xiàn)了配電網(wǎng)當(dāng)前的供電能力，也直接影響分布式發(fā)電功率上送。在城市地區(qū)或經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，負荷需求大，網(wǎng)架相對堅強，表現(xiàn)為中壓（10kV或20kV）配電站布點密集，配電臺區(qū)供電半徑短，線路線徑較大；同時網(wǎng)架成環(huán)，分段較多，具有轉(zhuǎn)供電能力，部分地區(qū)采用雙環(huán)網(wǎng)配置，運行方式更加靈活。上述條件使變壓器出口到用戶端的電壓損失較小，在負荷的峰谷時段均滿足電壓要求；當(dāng)分布式電源接入后，即使部分時段功率返送也能夠保證電壓不越限、線路及變壓器等不過載，為分布式發(fā)電消納提供充分條件。而在鄉(xiāng)鎮(zhèn)或偏遠的農(nóng)村，由于負荷密度小，在規(guī)劃建設(shè)時即以相對經(jīng)濟的標準配置網(wǎng)架設(shè)備，一般情況下配電站布點稀疏，配電臺區(qū)供電半徑較大，線路線徑較小；同時網(wǎng)架以輻射狀為主，分段較少，不具有轉(zhuǎn)供電能力，運行方式單一。上述條件使變壓器出口到用戶端的電壓損失變化較大，在負荷高峰時段即存在低電壓的風(fēng)險；當(dāng)分布式電源接入后，部分時段功率返送易導(dǎo)致末端電壓抬升越限，甚至使線路及變壓器滿載或過載，產(chǎn)生運行風(fēng)險，極大地限制了分布式發(fā)電的接入容量。1.1.2負荷分布與特性負荷特性與地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展狀況及負荷類型相關(guān)，城市商業(yè)辦公區(qū)及高密度住宅區(qū)負荷需求較大，分布式電源接入后易就地消納，返送幾率小，而且分布式電源接入有助于緩解設(shè)備重載和電壓損失。工業(yè)園區(qū)負荷密度同樣較大，而且時變特性穩(wěn)定，當(dāng)分布式電源容量較小或發(fā)電特性易于預(yù)測時，較易分析判斷極端運行狀態(tài)并針對存在問題做出應(yīng)對措施。而鄉(xiāng)鎮(zhèn)或偏遠的農(nóng)村地區(qū)負荷分散，以居民負荷為主，分布式電源接入用戶后部分時段電力剩余，功率返送產(chǎn)生的電壓升高容易使末端電壓超過限制，危害用電設(shè)備安全，同時易導(dǎo)致線路、變壓器等過載。1.2分布式電源接入情況分布式電源的發(fā)展速度、類型等因素同樣影響著配電網(wǎng)對其消納能力，必須考慮這一因素以進行方案的選擇。1.2.1接入規(guī)模與密度在不同地區(qū)，分布式發(fā)電的開發(fā)水平和條件存在明顯差異，使其發(fā)電規(guī)模和密度也不盡相同，需要具體分析。城市地區(qū)土地資源緊張，環(huán)境影響壓力大，目前以發(fā)展建筑光伏、小型風(fēng)電和小容量天然氣多聯(lián)供為主，規(guī)模和密度相對較小。鄉(xiāng)鎮(zhèn)或偏遠的農(nóng)村地區(qū)空閑土地豐富，適合開發(fā)中小型光伏電站（幾十千瓦至幾兆瓦）、小型風(fēng)電場（兆瓦級）、中小型資源綜合利用發(fā)電廠（兆瓦級）及戶用光伏發(fā)電（幾千瓦）等。同時受國家和地區(qū)政策影響，部分地區(qū)分布式電源具有較大開發(fā)規(guī)模，平均密度較大，如“光伏扶貧”工程。1.2.2分布式電源類型從目前分布式發(fā)電的發(fā)展形勢來看，裝機主要以光伏發(fā)電為主，占所有分布式發(fā)電的65%以上，資源綜合利用占比約30%，其他類型僅為5%左右。光伏發(fā)電在大時間尺度上有較強的規(guī)律性而在短時具有隨機性，隨著發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)的進步，已經(jīng)能夠?qū)ζ浒l(fā)電進行預(yù)判。資源綜合利用發(fā)電采用同步發(fā)電機形式并網(wǎng)，控制方式和手段均比較完備，而且發(fā)電資源可以存儲，因此調(diào)度性好，可以適應(yīng)電網(wǎng)的運行狀態(tài)，為安全消納創(chuàng)造條件。因此在接入設(shè)計中需要著重考慮發(fā)電具有隨機特性的電源，分析存在的極端運行方式。1.3配電網(wǎng)智能化水平及規(guī)劃發(fā)展情況隨著配電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)和設(shè)備水平的發(fā)展，微電網(wǎng)技術(shù)、直流配電技術(shù)、主動配電網(wǎng)技術(shù)等不斷進步，動態(tài)無功補償、潮流控制、能量管理器等設(shè)備設(shè)施逐步推廣應(yīng)用，在規(guī)劃設(shè)計、運行控制和運營方式等方面正全面提高配電網(wǎng)對多元化負荷和分布式電源的接納能力。隨著配電網(wǎng)建設(shè)改造投資力度的加大，其薄弱環(huán)節(jié)正在逐步完善，在一次網(wǎng)架、設(shè)備設(shè)施、調(diào)度控制等方面逐漸獲得提升。這為分布式電源接入提供了先決條件，對分布式發(fā)電開發(fā)和接入的中長期規(guī)劃設(shè)計具有重要的參考價值，也是配電網(wǎng)與分布式發(fā)電協(xié)調(diào)發(fā)展的主要表現(xiàn)形式。2

分布式電源接入方案選擇原則和方法2.1接入方案選擇原則2.1.1保證當(dāng)前電網(wǎng)安全分布式電源接入不應(yīng)對原有配電網(wǎng)的運行和用戶正常用電帶來不良影響，因此選擇確定接入方案時應(yīng)首先以保證當(dāng)前本地區(qū)配電網(wǎng)的運行安全為依據(jù)。當(dāng)接入容量或接入點的選擇導(dǎo)致配電設(shè)備過載、用戶端電壓超標時必須調(diào)整接入方案或調(diào)整接入容量。2.1.2促進分布式電源就地消納鼓勵分布式發(fā)電的核心目的是充分利用其發(fā)電來滿足當(dāng)?shù)刎摵晒╇?，以減少大規(guī)模輸變電帶來的電力損耗，同時大規(guī)模的功率返送對系統(tǒng)調(diào)度運行也將帶來影響，因此分布式電源接入方案選擇的第二原則為就地消納。在方案選擇時需要盡可能精確地測算發(fā)電與負荷的容量及時間特性，優(yōu)先選擇使發(fā)電能夠在本配電臺區(qū)或上一級變電站供電區(qū)域內(nèi)完全消納的方案。這一原則也體現(xiàn)為就近接入和靈活接入，在滿足電網(wǎng)安全和保證消納的基礎(chǔ)上，可以充分利用附近配電網(wǎng)設(shè)施以方便靈活的方式接入，以減少接入投資和建設(shè)改造的工程量。2.2接入方案選擇方法選擇確定分布式電源接入配電網(wǎng)方案是一個統(tǒng)籌分析發(fā)電與電網(wǎng)情況，互相協(xié)調(diào)、不斷適應(yīng)的過程，可以參考以下主要步驟。1）分析分布式電源發(fā)展規(guī)模與地域分布。如采用集中電站模式（10kV或20kV）接入，則初步確定電站規(guī)模和位置；如采用380V（220V）低壓接入，則根據(jù)發(fā)電分布和配電臺區(qū)地理劃分情況初步確定各臺區(qū)包含的分布式電源裝機容量。當(dāng)不能確定分布式發(fā)電采用何種模式（中壓集中或低壓分散）接入時可以分別考慮不同方案類型。2）分析分布式發(fā)電的消納方式和范圍，計算校核配電網(wǎng)的適應(yīng)性。根據(jù)當(dāng)?shù)刎摵煞植肌⒇摵商匦院桶l(fā)電容量、發(fā)電特性分析接入臺區(qū)（變電站）可能產(chǎn)生的最大返送功率；當(dāng)總發(fā)電能夠消納時還需要計算各段線路的潮流情況并分析電壓分布；如存在較大返送功率需要定量計算此時各線路的最高電壓和設(shè)備荷載情況。3）根據(jù)實際存在的問題調(diào)整接入方案。當(dāng)分布式電源接入線路末端使電壓不滿足要求時可將并網(wǎng)點盡量向上級配電出口靠近以降低線路電壓抬升；當(dāng)設(shè)備容量不足時需要調(diào)整當(dāng)前項目接入容量，分階段并網(wǎng)并盡快開展配電網(wǎng)擴容改造。3

典型場景及接入案例3.1鄉(xiāng)村光伏扶貧接入在國家相關(guān)政策的支撐下，光伏扶貧作為提高貧困地區(qū)人民收入的一種重要手段正在積極規(guī)劃并開展實施，光伏扶貧工程具有接入規(guī)模大、發(fā)電功率密集、地區(qū)配電網(wǎng)相對薄弱等特點，同時當(dāng)?shù)刎摵擅芏容^小，使接入地區(qū)普遍存在功率返送的情況。針對這些特點并根據(jù)扶貧項目形式推薦采用以下接入方案。3.1.1戶用光伏分散接入在光伏扶貧地區(qū)，當(dāng)每戶發(fā)電接入容量為2～3kW，剩余功率能夠通過原有線路返送至配電變壓器且電壓滿足要求時可以優(yōu)先采用分散接入用戶供電線路的方案，具有較少的投資和改造工程量。由于存在發(fā)電功率返送情況，當(dāng)接入點在戶表下方時需要將普通戶表改造為雙向記量表，當(dāng)采用接入戶表前端時可以不改造戶表。典型的地理接線圖見圖1。

圖1居民光伏分散接入地理接線圖這種接入方案具有普遍適用性，同樣可以適用于城市地區(qū)，在多戶光伏發(fā)電小規(guī)模分散接入情況下采用。但是在工程設(shè)計中應(yīng)注意光伏接入的三相平衡性，計算各相光伏接入容量，盡量保持容量三相均勻分布，保證用戶的電能質(zhì)量。3.1.2村級電站集中接入當(dāng)光伏項目利用空閑土地或采用分散接入不滿足電壓和設(shè)備載流能力要求時，需要對發(fā)電進行匯集，采取集中接入的方案。根據(jù)發(fā)電規(guī)模、地理分布和附近配電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施（配電站室、線路等）的情況，接入方式可以采用專線接入配電站室和T接于線路。電壓等級可以根據(jù)規(guī)模選擇10kV（20kV）或380V接入，參考容量為400kW以下380V接入，2MW以上10kV（20kV）接入，是否可行還需要根據(jù)電壓計算與設(shè)備載流能力綜合判斷。典型的接入方案見圖2和圖3。其中圖2方案為光伏匯集并接入380V綜合配電箱（配電室、箱式變壓器等），圖3方案為光伏升壓后采用短線路就近接入10kV配電架空線路。

圖2光伏發(fā)電專線接入380V綜合配電箱

圖3

光伏發(fā)電T接入10kV線路對于T接方案，由于T接處未配置開關(guān)設(shè)備，還應(yīng)注意光伏發(fā)電接入后的故障定位與隔離，防止發(fā)電側(cè)短路導(dǎo)致整條線路停電。3.2城市區(qū)域多分布式電源城市地區(qū)配電網(wǎng)網(wǎng)架相對堅強，供電半徑短，電壓越限和設(shè)備過載問題很少，因此分布式電源接入方案應(yīng)側(cè)重方便性與靈活性，滿足分布式發(fā)電就近接入、就地消納的原則。當(dāng)多種分布式電源同時接入時需要考慮其發(fā)電時變特性與調(diào)控性，對于有微電網(wǎng)建設(shè)改造和孤島運行要求的用戶要充分考慮能源綜合利用和孤島運行方式的可行性。光伏與分布式多聯(lián)供發(fā)電接入用戶配電系統(tǒng)的典型方案見圖4。圖4分布式光伏與多聯(lián)供發(fā)電接入用戶配電網(wǎng)此接入方案設(shè)計要對用戶與公共電網(wǎng)之間的開關(guān)設(shè)備配置完善的保護與自動化功能，如發(fā)電條件允許可考慮用戶孤島運行方式。4

結(jié)語通過對影響分布式電源接入方式的因素進行分析，以保證電網(wǎng)供電安全、