面向分布式光伏接入主動(dòng)消納的配電網(wǎng)規(guī)劃實(shí)證分析

齊霞 張潔 谷欣龍 朱茳

摘 要：以華北地區(qū)某區(qū)域分布式光伏項(xiàng)目為例，提出配電網(wǎng)接入不同分布式電源的限制條件，分析不同情形下分布式電源接入的極限容量；并從分布式電源接入位置優(yōu)化的角度比較不同分布式電源接入方案的經(jīng)濟(jì)性。研究結(jié)果表明準(zhǔn)確確定允許分布式電源接入線路的容量以及分布式電源的接入位置是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)主動(dòng)消納分布式電源的重要考慮方面，可供在未來(lái)配電網(wǎng)規(guī)劃工作中科學(xué)把握。

關(guān)鍵詞：分布式接入；光伏發(fā)電；配電網(wǎng)規(guī)劃；極限容量；優(yōu)化；經(jīng)濟(jì)性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.179

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的日益提高，對(duì)能源的需求不斷加大，全社會(huì)用電負(fù)荷也在持續(xù)上升；能源短缺與一次能源消耗引起的各種環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越受到重視，大力發(fā)展分布式發(fā)電成為解決能源短缺與環(huán)境問(wèn)題的重要途徑。分布式發(fā)電相較于集中式發(fā)電，具有降低污染物排放、地點(diǎn)安裝靈活、提高能源利用效率等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，分布式發(fā)電節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用和輸配電資源，減少電網(wǎng)的總?cè)萘?，同時(shí)又能減少輸電線路的損耗，從而提高了供電可靠性[1]。

目前，隨著分布式電源的快速發(fā)展及接入配電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，亟待提出從間歇式電源和電網(wǎng)雙重角度考慮的，并以提升配電網(wǎng)適應(yīng)性和提高分布式清潔發(fā)電主動(dòng)消納能力為目標(biāo)的配電網(wǎng)規(guī)劃理論與實(shí)用方法?；诖?，本文將從配電網(wǎng)規(guī)劃角度出發(fā)，以華北某地配電網(wǎng)和分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目為實(shí)例，研究配電網(wǎng)主動(dòng)消納分布式電源的極限容量問(wèn)題，并對(duì)分布式光伏電源的接入位置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，為分布式電源接入配電網(wǎng)相關(guān)工作的開展提供理論依據(jù)和實(shí)踐參考。

2 考慮分布式電源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃研究現(xiàn)狀

目前，隨著分布式風(fēng)力發(fā)電、分布式光伏發(fā)電等間歇式電源大量接入配電網(wǎng)，對(duì)配電網(wǎng)在安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面均產(chǎn)生了新的較大的影響，因此，如何合理規(guī)劃建設(shè)具有對(duì)分布式電源接入有較強(qiáng)適應(yīng)性的配電網(wǎng)成為現(xiàn)今迫切需要研究的問(wèn)題。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究，目前考慮分布式電源接入的配電網(wǎng)規(guī)劃問(wèn)題的研究方法按照規(guī)劃對(duì)象可劃分為兩類：第一類方法是僅從單獨(dú)的分布式電源角度考慮其容量、位置、接入點(diǎn)等的規(guī)劃研究；第二類方法是考慮分布式電源與配電網(wǎng)間耦合動(dòng)態(tài)適應(yīng)性的協(xié)同規(guī)劃。從理論研究層面上看，上述第一類方法主要考慮的因素相對(duì)簡(jiǎn)單、規(guī)劃工作效率高，主要從供配用電可靠性、環(huán)保性、綜合經(jīng)濟(jì)性和電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性等方面考慮進(jìn)行分布式電源建設(shè)規(guī)劃；但該類方法因未能做到源網(wǎng)統(tǒng)籌兼顧，暴露出難以有效反映電網(wǎng)對(duì)分布式電源接入的適應(yīng)性、難以很好適應(yīng)未來(lái)分布式電源大量接入配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)及促進(jìn)配電網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃的動(dòng)態(tài)發(fā)展等問(wèn)題[2]。第二類方法則從源網(wǎng)雙重角度考慮，能有效從動(dòng)態(tài)耦合多尺度考慮分布式電源、電網(wǎng)和負(fù)荷間的協(xié)調(diào)機(jī)制。一方面可提升分布式電源的安全可靠性，另一方面能夠較大程度考慮電網(wǎng)與分布式電源間的相互影響，優(yōu)化電網(wǎng)自適應(yīng)能力，在促進(jìn)電網(wǎng)安全、高效運(yùn)行的同時(shí)，提高清潔能源的互補(bǔ)置換能力和電網(wǎng)接納能力，促進(jìn)配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的良性發(fā)展，有望成為今后考慮分布式電源配電網(wǎng)規(guī)劃的有應(yīng)用前景和工程價(jià)值的主流方法[3，4]。

3 典型區(qū)域分布式電源接入實(shí)證分析

本文選取華北某典型區(qū)域配電網(wǎng)作為研究對(duì)象，利用最優(yōu)化技術(shù)算法對(duì)配電網(wǎng)網(wǎng)架分布式接入極限能力進(jìn)行分析。在計(jì)算過(guò)程中先提出設(shè)定如下6個(gè)相互獨(dú)立的測(cè)試條件，及禁止倒送、電壓質(zhì)量約束、允許無(wú)功補(bǔ)償、考慮支路限額、考慮主變壓器容量、考慮負(fù)荷轉(zhuǎn)供。

3.1 分布式電源接入極限容量分析

本研究選定的典型區(qū)域配電網(wǎng)包含220kV變電站1所（簡(jiǎn)稱為“M”）、110kV變電站3所（分別簡(jiǎn)稱為“S1”、“S2”、“S3”），其中，220kV變電站為該區(qū)域220kV關(guān)口主變。在考慮上述6個(gè)測(cè)試條件的情況下，3所110kV變電站下轄的10kV變電站均具有接入光伏發(fā)電能力（電壓范圍標(biāo)幺值取0.85-1.15），不同測(cè)試條件下的分布式光伏極限接入容量如表1所示。

從表1中可以看出，對(duì)于情形1，極限容量為610MW，但由于未考慮支路限額與主變?nèi)萘?，因此這實(shí)際上僅一個(gè)初設(shè)值，無(wú)法真正接入這些容量的分布式電源。從情形1與情形2的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)?shù)臒o(wú)功補(bǔ)償設(shè)備可以增加分布式電源的接入能力；從情形1、2、3則可以看出，隨著約束條件的加強(qiáng)，可接入的極限容量也持續(xù)下降；情形1與情形6的對(duì)比顯示，當(dāng)不允許倒送時(shí)（這也符合實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行的要求），接入極限容量大大降低，由于未考慮設(shè)備限額約束，此時(shí)的容量代表了配網(wǎng)分布式電源本地消納的極限；情形3、5、7、9、10的接入極限容量均為64MW，為表中最小值，因此對(duì)于該典型區(qū)域目前配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其分布式電源接入極限容量的瓶頸為線路最大電流值，即允許接入光伏電源的線路容量限制了該地區(qū)進(jìn)一步接入分布式電源的可能，建議加強(qiáng)光伏接入路徑上的線路建設(shè)。該地區(qū)的負(fù)荷轉(zhuǎn)供并未對(duì)分布式電源接入電量造成影響，這是由于存在轉(zhuǎn)供關(guān)系的設(shè)備與具備分布式電源接入條件的設(shè)備之間無(wú)交集所造成。對(duì)于該典型地區(qū)而言，區(qū)域內(nèi)負(fù)荷總量為140.41MW，根據(jù)情形10的分布式電源接入極限容量64MW，可得出該典型地區(qū)當(dāng)前態(tài)的極限消納率指標(biāo)（DG-MAX/LOAD）為0.46。

3.2 分布式電源接入位置經(jīng)濟(jì)性分析

該典型區(qū)域簡(jiǎn)化后的配電網(wǎng)地理接線圖以及變電站電壓等級(jí)和定額容量如圖1所示。

當(dāng)?shù)匾?guī)劃接入的分布式電源總?cè)萘繛?0MW，該區(qū)域網(wǎng)架最大電能消納的分布式電源容量為80MW，能夠消納規(guī)劃接入的分布式電源容量。該地區(qū)光伏電站共6個(gè)，若平均分配，則每個(gè)電站接入5MW，根據(jù)《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》，5MW容量的分布式電源應(yīng)接入10kV線路。為了提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和供電可靠性，需要對(duì)分布式電源的接入位置進(jìn)行優(yōu)化。以S1變電站及其低壓側(cè)S1-I和S1-II線路為例，若分布式電源全部接入其中的某一條線路，即有均僅接入S1-I或S1-II兩種情形。分別計(jì)算這兩種情形下對(duì)應(yīng)線路的負(fù)載率，均為2.0711%?？紤]到當(dāng)?shù)刭Y源分布和地理環(huán)境情況，為了減小新建線路的造價(jià)，分布式電源一般選擇就近接入線路，假設(shè)S1-I線接入位置為A點(diǎn)、S1-II線接入位置為B點(diǎn)，且分布式電源接入S1-I或S1-II線后，均不會(huì)引起線路過(guò)載，則以1年為周期計(jì)算兩種接入情況下的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出，雖然兩種分布式電源接入方案均滿足N-1準(zhǔn)則，但接入S1-I線上的節(jié)點(diǎn)A時(shí)總費(fèi)用較小，因此從經(jīng)濟(jì)性和安全性角度綜合考慮，分布式電源更適合從A位置接入S1-I線。

4 結(jié)論

本文從分布式電源接入極限容量和分布式電源接入位置經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面研究了配電網(wǎng)接入分布式光伏電源的極限能力。（1）在分布式電源接入極限容量方面，通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)典型區(qū)域進(jìn)行配網(wǎng)分布式能源極限算法的優(yōu)化模型計(jì)算，可以得到特定配網(wǎng)方式下的分布式電源接入極限容量，當(dāng)前配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)下，分布式光伏接入極限容量的最大瓶頸是線路最大電流值。（2）在分布式電源接入位置優(yōu)化方面，分布式光伏電源的最佳接入方案將為分布式間歇式電源規(guī)劃建設(shè)、系統(tǒng)接入、配電網(wǎng)規(guī)劃提供支持，對(duì)提高光伏發(fā)電的能源利用效率和利用水平，提升清潔能源的替代置換效益，促進(jìn)能源利用方式的轉(zhuǎn)換具有實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]于建成，遲福建，徐科等.分布式電源接入對(duì)電網(wǎng)的影響[J]. 電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2012，24（01）：138-141.

[2]黃煒，劉健，魏昊焜等.分布式光伏電源極端可接入容量極限研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015，43（03）：22-28.

[3]周楊烯.配電網(wǎng)規(guī)劃中的分布式電源定容與選址[D].湖南大學(xué)， 2011.

[4]鐘嘉慶，葉治格，盧志剛.分布式發(fā)電注入容量與接入位置的優(yōu)化配置分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（07）：50-55.

作者簡(jiǎn)介：齊霞（1983-），女，北京人，研究生，工程師，研究方向：電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)、電力工程造價(jià)。