低壓分布式光伏監(jiān)測指標體系研究與設計

蔡冬陽

（國網江蘇省電力有限公司 江蘇省南京市 210024）

江蘇省積極響應國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略政策，在加快集中式風電、光伏開發(fā)的同時，廣泛發(fā)展“自用為主、余電上網”的低壓分布式光伏發(fā)電項目。目前，電力公司在低壓分布式光伏并網及消納過程中做了大量的工作，取得了不錯的成績，但隨著低壓分布式光伏對電力平衡、無功調節(jié)、電能質量控制、營銷業(yè)務管控等帶來了新的挑戰(zhàn)，低壓分布式光伏存量數(shù)據的應用與管理、業(yè)務部門內外部協(xié)調、并網及消納服務水平等方面需要進一步改善提升[1-3]，另外隨著電網體制改革的深化和電力市場的發(fā)展，電力市場運營及能源互聯(lián)網建設對低壓分布式光伏的監(jiān)測與管理也提出了更高要求。

因此，本文結合電力公司內部對低壓分布式光伏業(yè)務的管理規(guī)定與流程，以及低壓分布式光伏接入對電網產生的影響，從并網、運行、消納等多個視角立體化設計低壓分布式光伏的監(jiān)測指標體系，挖掘電力企業(yè)低壓分布式光伏數(shù)據資源的價值，及時掌握低壓分布光伏的發(fā)展趨勢和潛在風險，助力企業(yè)開展相關管理提升和增值服務，同時為服務基層數(shù)據共享、以及后續(xù)數(shù)據中臺應用奠定一定的基礎。

1 指標體系設計思路

本文將研究對象聚焦于低壓分布式光伏，基于營銷系統(tǒng)中的數(shù)據創(chuàng)新建立了低壓分布式光伏數(shù)據集，實現(xiàn)了低壓分布式光伏用戶檔案信息、業(yè)務流程數(shù)據、電量數(shù)據、計量點采集數(shù)據、所屬配變、所屬線路的關聯(lián)，分別從分布式新能源并網規(guī)模、消納運行情況、并網服務效率、并網影響四個方面開展指標模型構建，最后將指標模型規(guī)則固化，形成常態(tài)化監(jiān)測，為科學評價新能源發(fā)展與對電網的影響提供決策依據，用于指導低壓分布式新能源相關管理工作。

2 指標體系研究內容

本文依據《GB/T 12325 電能質量 供電電壓偏差》、《GB/T 29319 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網技術規(guī)定》、《Q/GDW 11147-2017分布式電源接入配電網設計規(guī)范》等國家標準和技術規(guī)范，依據《國家發(fā)展改革委關于2018年光伏發(fā)電項目價格政策的通知》、《國家發(fā)展改革委關于2018年光伏發(fā)電有關事項的通知》等政策和管理規(guī)定，主要研究能夠指征低壓分布式光伏發(fā)展的指標，以及能夠反映潛在風險異常的指標，具體的技術路線如圖1所示。

2.1 并網規(guī)模監(jiān)測指標

對低壓分布式光伏并網規(guī)模的分析與評價，主要通過分布式光伏客戶的裝機容量、發(fā)電量、上網電量、滲透率等指標進行評價，具體的指標定義和計算公式如下：

（1）分布式電源客戶數(shù)量=∑統(tǒng)計期并在統(tǒng)計單位范圍內的分布式發(fā)電的每一戶用電客戶。

圖1：指標體系研究路徑

（2）分布式光伏客戶裝機容量=∑統(tǒng)計期并在統(tǒng)計單位范圍內的分布式發(fā)電的每一戶用電客戶容量。

（3）分布式光伏客戶發(fā)電量=∑統(tǒng)計期并在統(tǒng)計單位范圍內的分布式光伏發(fā)電電站的每一個電表計量的有功電量。

表1：低壓分布式光伏監(jiān)測指標體系

（4）分布式光伏客戶上網電量=∑統(tǒng)計期并在統(tǒng)計單位范圍內的分布式發(fā)電的每一戶用電客戶上網電量。

（5）分布式光伏滲透率=∑在統(tǒng)計單位范圍內的分布光伏客戶裝機容量之和/該供電范圍最大用電負荷。

（6）分布式光伏客戶計量點容量=∑統(tǒng)計期同一分布式光伏客戶下多個計量點容量。

（7）分布式光伏客戶合同容量與計量點容量偏差=統(tǒng)計期同一分布式光伏客戶下計量點合計容量-統(tǒng)計期同一分布式光伏客戶合同容量。

（8）分布式光伏客戶容量偏差率=統(tǒng)計期同一分布式光伏客戶容量偏差/統(tǒng)計期同一分布式光伏客戶合同容量。

（9）分布式光伏客戶容量平均偏差率=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內所有分布式光伏客戶容量偏差率的平均值

（10）分布式光伏接入配變數(shù)量=Σ 統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內分布式光伏接入的配變個數(shù)。

（11）同一配變接入分布式光伏容量=Σ 統(tǒng)計期同一配變低壓側接入的光伏計量點容量。

（12）配變分布式光伏接入容量比=統(tǒng)計期同一配變低壓側接入分布式光伏計量點總容量/同一配變額定容量。

（13）配變平均分布式光伏接入容量比=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內存在分布式光伏接入的配變分布式光伏接入容量比之和/統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內存在分布式光伏接入的配變數(shù)量。

（14）分布式光伏接入的線路數(shù)量=Σ 統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內分布式光伏接入的線路條數(shù)。

（15）線路平均接入分布式光伏容量=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內存在分布式光伏接入的線路接入分布式光伏計量點容量之和/統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內存在分布式光伏接入的線路數(shù)量。

（16）分布式光伏并網點數(shù)量=∑統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內每一個分布式光伏客戶并網點的個數(shù)。

（17）分布式光伏客戶平均并網點數(shù)量=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內分布式光伏并網點數(shù)量/統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內分布式光伏用戶數(shù)。

（18）配變平均并網點數(shù)量=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內分布式光伏并網點數(shù)量/統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內存在分布式光伏接入的配變臺數(shù)。

（19）分布式光伏接入容量比大于25%的配變數(shù)量=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內分布式光伏接入容量比大于25%的配變數(shù)量合計。

（20）接入分布式光伏容量大于2MW 的線路條數(shù)=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內接入分布式光伏容量大于2MW 的線路條數(shù)合計。

2.2 并網服務效率監(jiān)測指標

在前述監(jiān)測指標分析的基礎上，基于公司內部管理規(guī)定，針對低壓分布式光伏并網服務效率進一步采用表1 中列出的第21-39 項指標進行工單、戶數(shù)、方案環(huán)節(jié)等層面的監(jiān)測。該類型指標應定期根據公司管理規(guī)定、效益目標和年度計劃等進行調整適配。

2.3 并網消納監(jiān)測指標

（1）年度等效利用小時數(shù)=某一分布式光伏年度發(fā)電量/同一分布式光伏等效裝機容量。其中，分布式光伏等效裝機容量=∑統(tǒng)計期某一分布式光伏計量點容量*（計量點投運時間/365 天）。各地區(qū)的分布式光伏年度等效利用小時數(shù)是指該地區(qū)分布式光伏電站年度等效利用小時數(shù)的平均水平。

（2）分布式光伏客戶上網電量大于發(fā)電量指標統(tǒng)計在一個統(tǒng)計周期內的某供電單位內分布式光伏發(fā)電客戶在上網電量大于發(fā)電量在用戶數(shù)量，是反映一段時間內一個供電區(qū)域內分布式光伏客戶電量結算異常情況在指標。具體計算方法為：上網電量大于發(fā)電量在分布式光伏用戶數(shù)量=∑統(tǒng)計期并在統(tǒng)計單位范圍內存在上網電量大于發(fā)電量在分布式光伏發(fā)電客戶在數(shù)量。

（3）分布式光伏客戶連續(xù)零發(fā)電量。分布式光伏客戶連續(xù)零發(fā)電量是指在統(tǒng)計周期內分布式光伏客戶出現(xiàn)連續(xù)兩個月連續(xù)零發(fā)電量在情況，是反映一段時間內一個供電區(qū)域內分布式發(fā)電客戶發(fā)電系統(tǒng)運行異?；螂娏肯{異常的指標。具體計算方式為：連續(xù)零發(fā)電量在分布式光伏發(fā)電客戶數(shù)量=∑統(tǒng)計期并在統(tǒng)計單位范圍內的存在連續(xù)兩個月分布式光伏發(fā)電用戶在數(shù)量。

（4）還原前最大負荷、最小負荷、平均負荷。選取近一年最大峰谷差發(fā)生日作為典型日，統(tǒng)計典型日的最大負荷、最小負荷和平均負荷。還原前峰谷差=典型日最大負荷-典型日最小負荷；還原前峰谷差率=還原前峰谷差/典型日最大負荷*100%。

（5）還原后最大負荷、最小負荷、平均負荷、峰谷差、峰谷差率。選取近一年最大峰谷差發(fā)生日作為典型日，統(tǒng)計該日期區(qū)域境內所有低壓分布式光伏電源總有功出力，獲得典型日低壓分布式光伏出力曲線。通過典型日負荷和低壓分布式光伏出力數(shù)據的疊加，得到還原低壓分布式光伏發(fā)電影響后的負荷曲線。統(tǒng)計該曲線的最大負荷、最小負荷和平均負荷，還原后峰谷差=典型日還原后負荷曲線中最大負荷-典型日還原后負荷曲線中最小負荷；還原前峰谷差率=還原后峰谷差/典型日還原后負荷曲線中最大負荷*100%。

2.4 并網影響監(jiān)測指標

（1）倒送配變數(shù)量=Σ 統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內早7 點到晚7點之間，配變功率出現(xiàn)連續(xù)8 個點及以上為負功率的配變個數(shù)。

（2）配變最大倒送功率=MAX（統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內早7 點到晚7 點之間，配變負值功率的絕對值）。

（3）配變倒送時長=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內早7 點到晚7點之間配變負值功率點數(shù)*0.25 小時。

（4）配變年度倒送時長=Σ 統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內配變倒送時長。

（5）配變平均年度倒送時長=某統(tǒng)計單位范圍內配變年度倒送時長的均值。

（6）分布式光伏并網點處標稱電壓。指分布式光伏并網點處電壓的給定值，根據電壓讀數(shù)判斷：包括220V、57.7V、100V。

（7）分布式并網點處電壓偏差。指某時段某一分布式光伏某一并網點處實際運行電壓對系統(tǒng)標稱電壓的偏差相對值，以百分數(shù)表示，計算公式如下[4-5]：電壓偏差（%）=（電壓測量值-標稱電壓）/標稱電壓*100%。

（8）分布式光伏并網點處電壓越限次數(shù)。實際電壓超過運行電壓上限，指某時段某一分布式光伏某一并網點處，在早7 點到晚7 點之間，若連續(xù)2 小時及以上實際電壓超過運行電壓上限，則認為出現(xiàn)電壓越限，指標計算公式如下[4-5]：96 點：連續(xù)8 個點及以上大于【標稱電壓上限=標稱電壓*1.07】算一次越限；48 點：連續(xù)4 個點及以上大于【標稱電壓上限=標稱電壓*1.07】算一次越限；24 點：連續(xù)2 個點及以上大于【標稱電壓上限=標稱電壓*1.07】算一次越限。

（9）分布式光伏并網點處電壓越限時長。指某時段某一分布式光伏某一并網點處在早7 到晚7 之間實際電壓超過運行電壓上限的時長[4-5]。計算方式與（8）類似。

（10）分布式光伏并網點處平均年度電壓越限次數(shù)。指某時段某統(tǒng)計單位范圍內所有出現(xiàn)電壓越限的光伏并網點的年度電壓越限次數(shù)的平均值[4-5]，指標計算公式如下：分布式光伏并網點處平均年度電壓越限次數(shù)=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內所有光伏并網點的年度電壓越限次數(shù)之和/并網點個數(shù)。

（11）分布式光伏并網點處平均年度電壓越限時長。指某時段某統(tǒng)計單位范圍內所有出現(xiàn)電壓越限的光伏并網點的年度電壓越限時長的平均值[4-5]，指標計算公式：分布式光伏并網點處平均年度電壓越限時長=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內所有光伏并網點的年度電壓越限時長之和/并網點個數(shù)。

（12）分布式光伏配變母線處標稱電壓。指分布式光伏配變母線處系統(tǒng)電壓的給定值，根據電壓讀數(shù)判斷：包括220V、57.7V、100V。

（13）分布式配變母線處電壓偏差。指某時段某分布式光伏配變母線處實際運行電壓對系統(tǒng)標稱電壓的偏差相對值[4-5]，以百分數(shù)表示，計算公式如下：電壓偏差（%）=（電壓測量值-標稱電壓）/標稱電壓*100%。

（14）分布式光伏配變母線處電壓越限次數(shù)。實際電壓超過運行電壓上限，指某時段某一分布式光伏配變母線處，在早7 點到晚7 點之間，若連續(xù)2 小時及以上實際電壓超過運行電壓上限，則認為出現(xiàn)電壓越限[4-5]，指標計算方式與（8）類似。

（15）分布式光伏配變母線處電壓越限時長。指某時段某一分布式光伏配變母線處在早7 到晚7 之間實際電壓超過運行電壓上限的時長[4-5]。計算方式與（8）類似。

（16）分布式光伏配變母線處平均年度電壓越限次數(shù)。指某時段某統(tǒng)計單位范圍內所有出現(xiàn)電壓越限的配變母線監(jiān)測點的年度電壓越限次數(shù)的平均值[4-5]，指標計算公式：分布式光伏配變母線處平均年度電壓越限次數(shù)=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內所有監(jiān)測點的年度電壓越限次數(shù)之和/監(jiān)測點個數(shù)。

（17）分布式光伏配變母線處平均年度電壓越限時長。指某時段某統(tǒng)計單位范圍內所有出現(xiàn)電壓越限的配變母線監(jiān)測點的年度電壓越限時長的平均值[4-5]，指標計算公式：分布式光伏配變母線處平均年度電壓越限時長=統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內所有監(jiān)測點的年度電壓越限時長之和/監(jiān)測點個數(shù)。

（18）配變正向負載率。配變正向負載率指標反映了單個配變在一天內運行中出現(xiàn)過的正向最大利用率，體現(xiàn)了配變在系統(tǒng)不同運行方式下滿足負荷需求的充裕度，也可在一定程度上反映配變的安全運行情況。指標計算方法：配變正向負載率=日正向最大負荷/配變容量（%），變壓器的負載率較低時，則變壓器沒有被充分利用。而長期過高的負載率則會使變壓器線圈的溫度升高，使得其絕緣材料的機械性能及電氣性能下降，降低使用壽命。

（19）配變正向重載、超載次數(shù)。在傳統(tǒng)輻射狀電力網絡中，配變端下送功率，配變正常運行是指最高負載率介于20%～80%之間的配變。重載配變是指正常運行方式下最高負載率介于80%到100%之間的配變。超載配變是指正常運行方式下最高負載率大于100%的配變。為區(qū)分接入光伏后配變下送功率有可能變?yōu)樯纤凸β?，導致負載率為負，在此定義，配變端下送功率的最高負載率出現(xiàn)重載、超載或輕空載現(xiàn)象為正向重載、正向超載。

由于在實際數(shù)據處理過程中，96點負荷往往存在數(shù)據質量問題，所以為了避免數(shù)據質量影響，本論文采用連續(xù)兩個小時負載率介于以上范圍之間，才稱配變出現(xiàn)了正向重載、正向超載。

（20）配變反向負載率。當光伏電源容量較大時，存在倒送的光伏功率，配變從承擔下送功率變成承擔倒送功率，這種情況下，將倒送最大功率與配變容量的比值定義為反向配變負載率[6-7]，公式如下：反向配變負載率=倒送最大功率/配變容量（%）。

（21）配變反向重載、超載次數(shù)。當光伏電源所發(fā)功率遠遠大于配變負荷時，配變將可能出現(xiàn)反向重載或反向過載情況。反正重載是指反向負載率介于80%到100%之間的配變；反向過載配變是反向負載率大于100%的配變[6-7]。由于在實際數(shù)據處理過程中，96 點負荷往往存在數(shù)據質量問題，所以為了避免數(shù)據質量影響，本論文采用連續(xù)兩個小時負載率介于以上范圍之間，才稱配變出現(xiàn)了反向重載、反向超載。

（22）執(zhí)行力調電費的分布式光伏用戶數(shù)。指某時段某統(tǒng)計單位范圍內執(zhí)行力調電費且安裝了分布式光伏發(fā)電項目的用戶數(shù)量[8]。指標計算公式為：執(zhí)行力調電費的分布式光伏用戶數(shù)=∑統(tǒng)計期在統(tǒng)計單位范圍內執(zhí)行力調電費且安裝了分布式光伏發(fā)電項目的用戶數(shù)量。

（23）執(zhí)行力調電費的分布式光伏用戶罰款戶次=近一年在統(tǒng)計單位范圍內執(zhí)行力調電費的分布式光伏用戶罰款戶次。

（24）執(zhí)行力調電費的分布式光伏用戶年均罰款戶次=∑近一年在統(tǒng)計單位范圍內執(zhí)行力調電費的分布式光伏用戶罰款戶次/近一年在統(tǒng)計單位范圍內執(zhí)行力調電費且出現(xiàn)罰款的分布式光伏用戶數(shù)量。

3 指標體系研究成果

通過研究與實踐，最終形成了4 個維度指標構成的低壓分布式光伏監(jiān)測指標體系，通過對比上述指標在不同空間維度和不同時間維度的計算結果，能夠有效的監(jiān)測低壓分布式光伏發(fā)展趨勢，掌握當前并網服務的效率，分析電量消納和電力消納水平，以及低壓分布式光伏接入后可能引起的功率倒送、電壓越限等問題，最終的指標體系如表1所示。

4 總結

低壓分布式光伏的迅速發(fā)展對公司的分布式能源新裝增容服務水平、對電網的消納能力提出了挑戰(zhàn)，本文立足于強化低壓分布式光伏的監(jiān)測管理，服務于低壓分布式光伏的健康發(fā)展，從并網規(guī)模、并網服務效率、運行消納、并網影響四個方面建立了指標監(jiān)測模型，該指標體系具有較高的實操性，通過對該指標體系的分析與評估，能夠幫助電網公司實時常態(tài)把握低壓分布式光伏發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢、快速定位管理短板、掌握分布式新能源運行消納及并網影響，指導下屬企業(yè)分布式新能源管理及評估工作。