整縣區(qū)屋頂分布式光伏開發(fā)規(guī)劃研究

黃振宏

（江門電力設(shè)計院有限公司，廣東江門 529000）

0 引言

2021年9月，國家能源局下發(fā)了《國家能源局綜合司關(guān)于公布整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點名單的通知》（國能綜通新能〔2021〕84號），廣東江門新會區(qū)被列為試點，要求在2023年底前完成規(guī)定比例的屋頂分布式光伏安裝。

電網(wǎng)企業(yè)要在分析電網(wǎng)承載力的基礎(chǔ)上，配合做好省級電力規(guī)劃和試點縣建設(shè)方案，充分考慮分布式光伏大規(guī)模接入的需要，積極做好相關(guān)縣區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃，加強縣區(qū)配電網(wǎng)建設(shè)改造，做好屋頂分布式光伏接網(wǎng)服務(wù)和調(diào)控運行管理。

1 屋頂資源及光伏裝機摸查

對新會區(qū)范圍內(nèi)的現(xiàn)狀屋頂資源進行篩選統(tǒng)計，挑選出各鎮(zhèn)、街內(nèi)適宜建設(shè)光伏項目的優(yōu)質(zhì)屋頂進行統(tǒng)一規(guī)劃布局，分階段、有計劃地開發(fā)園區(qū)光伏清潔能源。

預計新會區(qū)各工業(yè)園區(qū)廠房建筑，黨政機關(guān)等公共機構(gòu)建筑，學校、醫(yī)院、商場、寫字樓等公共建筑以及居民建筑等可供連片集中規(guī)?；_發(fā)的建筑屋頂資源約677.52萬m，預計2025年可累計建成總裝機容量約365.81 MWp的分布式光伏電站。屋頂資源及光伏裝機摸查情況如表1所示。

2 區(qū)域電網(wǎng)承載能力分析

分布式光伏原則上按照國家要求全額消納，可優(yōu)先考慮接入所在供電片區(qū)就地消納。對新會區(qū)220 kV變電站級、110 kV變電站級承載能力分析如下：

（1）220 kV層面，分布式光伏項目主要接入220 kV新會站、古井站、能達站、石名站、銀湖站、禮樂站、三江站等7個220 kV供電片區(qū)，其中新會站、石名站、古井站接入分布式光伏容量較多，占比分別為51%、26.6%、20.3%。經(jīng)消納能力測算，江門市新會區(qū)“十四五”期間各220 kV變電站對分布式光伏的承載能力充裕，分布式光伏接入不受限，各站點的消納裕度均較高。

（2）110 kV層面，分布式光伏接入新會區(qū)26個110 kV變電站，其中接入分布式光伏容量超過20 MW的有仁義站、蒼山站、濠沖站、崖南站等4個站點。經(jīng)消納能力測算，江門市新會區(qū)“十四五”期間各110 kV變電站對分布式光伏的承載能力充裕，分布式光伏接入不受限，其中仁義站區(qū)域內(nèi)擬接入的分布式裝機最多（58.4 MW），剩余的承載裝機裕度較低，其余110 kV站點消納裕度均較高。

“十四五”期間新會各供電片區(qū)可滿足試點方案整縣區(qū)屋頂分布式光伏接入，暫無主網(wǎng)配套建設(shè)需求。電網(wǎng)負載及光伏分布情況如表2所示。

3 區(qū)域配電網(wǎng)建設(shè)投資需求

3.1 接入方案概況

新會區(qū)工業(yè)園區(qū)廠房光伏規(guī)劃總?cè)萘繛?06.25 MWp，共64項。并網(wǎng)方案如下：

（1）單個容量在6 MW及以上的共16項，其中單個容量最大為30 MW。采用10 kV電壓等級接入，并網(wǎng)方案主要分為：專線接入110 kV及以上變電站10 kV母線，公共電網(wǎng)配電站或戶外開關(guān)箱等10 kV母線，用戶配電站10 kV母線。

（2）單個容量在6 MW以下的共48項，采用380 V或10 kV電壓等級，從公共電網(wǎng)配電箱、用戶側(cè)高壓室或?qū)Ｗ兎坎⒕W(wǎng)接入。

新會區(qū)黨政機關(guān)等公共機構(gòu)建筑，學校、醫(yī)院、商場、寫字樓等公共建筑及居民建筑光伏規(guī)劃總?cè)萘?9.56 MWp，共80項，主要采用380 V電壓等級并網(wǎng)。

3.2 電網(wǎng)配套工程建設(shè)規(guī)模及投資

預計“十四五”期間新會區(qū)新建及改造中低壓配網(wǎng)10 kV電纜線路13.0 km，10 kV架空線路27.9 km，新建及改造配變39臺，涉及容量24 570 kVA，新建0.4 kV低壓線路長度約62.6 km，新建及改造自動化終端9個，光伏接入配套電網(wǎng)工程投資4 661.5萬元。

4 整縣區(qū)分布式光伏對電網(wǎng)的影響

4.1 對電網(wǎng)運行的影響

（1）影響分析：當大規(guī)模分布式光伏并網(wǎng)時，實時發(fā)電功率不斷變化可能帶來各級主配網(wǎng)設(shè)備潮流在正反向中不斷逆轉(zhuǎn)。目前380 V側(cè)并網(wǎng)光伏的發(fā)電量由現(xiàn)場計量終端—計量系統(tǒng)—調(diào)度系統(tǒng)的傳輸路徑發(fā)送至調(diào)度系統(tǒng)，每天僅發(fā)送當天總的發(fā)電量一個數(shù)據(jù)，未實現(xiàn)實時監(jiān)測。在未來整縣區(qū)光伏接入情況下，該問題將更普遍且監(jiān)控難度加大，可能導致設(shè)備、斷面不可預知的過載風險。根據(jù)《江門供電局配電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)改造技術(shù)指導原則》，超過400 kW的項目一般情況下應(yīng)接入10 kV電壓等級。考慮到經(jīng)濟性等問題，目前新會區(qū)也存在不少超過400 kW分布式光伏接入380 V側(cè)的情況。

（2）解決措施：完善計量自動化系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的發(fā)送機制，實現(xiàn)光伏發(fā)電量數(shù)據(jù)通過計量終端—計量自動化系統(tǒng)—調(diào)度系統(tǒng)按每15 min一個點的頻次的實時傳送。完善相關(guān)技術(shù)標準指引，要求分布式光伏接入方案對并網(wǎng)電壓等級開展技術(shù)經(jīng)濟性的深入分析，明確負荷就地消納情況，校核短路電流及無功補償容量，明確開關(guān)選型并核實繼保保護適配性等。

4.2 對繼電保護的影響

（1）影響分析：分布式光伏并網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向流動的特性。故障時，并網(wǎng)的分布式光伏同大電網(wǎng)一起向故障點提供短路電流，會引起新會配電網(wǎng)饋線過電流保護不正確動作、主站集中式自愈故障點定位錯誤等風險；當110 kV變壓器10 kV側(cè)并網(wǎng)的分布式光伏電源總發(fā)電功率大于1.04倍同一時刻該110 kV變壓器所供的負荷功率時，存在110 kV變壓器間隙保護動作的風險。現(xiàn)狀新會區(qū)110 kV變電站等效平均負載率低于10%的有4座（英洲、濠沖、牛灣、同慶），等效平均負載率在10%～20%的有6座（蒼山、康寧、創(chuàng)利、桂園、羅坑、元山）。經(jīng)初步評估，本區(qū)光伏布點較為分散且單個容量有限，近期引發(fā)上級110 kV變壓器間隙保護動作的風險較小。若整縣區(qū)全面推進光伏，在輕載變電站相對普遍區(qū)域，此類風險必然增大。

（2）解決措施：依據(jù)饋線保護過電流定值、分布式光伏電源容量等參數(shù)，核算評估分布式光伏是否會造成饋線過電流保護誤動作，若是，將配電網(wǎng)饋線過電流保護設(shè)置為帶方向且正方向為變電站10 kV母線指向線路。短期內(nèi)配電自動化主站增加聯(lián)切分布式光伏電源并網(wǎng)斷路器功能，遠期改造分布式電源并網(wǎng)線路上的三遙開關(guān)和配電自動化終端，開關(guān)類型由負荷開關(guān)改造為斷路器，便于直接切除短路電流，終端故障判據(jù)應(yīng)可單獨上送方向信息，配電自動化主站應(yīng)完善分布式電源并網(wǎng)線路處理邏輯，利用配電自動化終端上送的方向情況來完成故障點定位、隔離和負荷恢復?？紤]到分布式光伏發(fā)電功率曲線與110 kV主變所供負荷曲線相似，且新會區(qū)光照強度不屬于一、二類地區(qū)，同時新會區(qū)110 kV變壓器輕載情況整體較少，因此，分布式光伏并網(wǎng)引起上級電源110 kV變壓器間隙保護動作可能性較小，當前以監(jiān)測變電站饋線負荷功率與所供區(qū)域內(nèi)分布式光伏電源發(fā)電功率為主。

4.3 對電網(wǎng)網(wǎng)架的影響

（1）影響分析：新會區(qū)已建成并運行的分布式光伏容量約63.6 MWp，電力在所屬供電臺區(qū)內(nèi)實現(xiàn)100%就近消納。新會區(qū)作為整縣區(qū)屋頂分布式光伏開發(fā)試點地區(qū)，預計至2025年新建光伏365.8 MWp，累計光伏總裝機容量約429.4 MW，遠低于新會區(qū)電網(wǎng)供電最高負荷1 292 MW，因此正常運行方式下，區(qū)內(nèi)光伏所發(fā)電量可以在負荷側(cè)實現(xiàn)全額消納，不會對網(wǎng)架產(chǎn)生影響。

（2）解決措施：新會整區(qū)屋頂分布式光伏項目中，單個容量達到6 MW及以上的共16個，其余均為6 MW以下。結(jié)合廣東電網(wǎng)公司光伏接入準則及單回線路載流量要求，對超過10 MW的項目以2～4個并網(wǎng)點在不同饋線并網(wǎng)，6～10 MW的項目以1～2個并網(wǎng)點并網(wǎng)，6 MW以下項目以1個并網(wǎng)點并網(wǎng)，可保障在現(xiàn)狀網(wǎng)架基礎(chǔ)上，當個別光伏項目因為停工、停產(chǎn)出現(xiàn)光伏所發(fā)電量全額倒送時配網(wǎng)線路也能滿足載流量要求。

4.4 對電能質(zhì)量的影響

（1）影響分析：光伏逆變器易造成諧波污染，影響附近廠區(qū)敏感負荷的優(yōu)質(zhì)用電，影響電網(wǎng)與電站安全可靠運行，降低系統(tǒng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，高次諧波會導致設(shè)備過熱、絕緣破壞、逆變器脫網(wǎng)、運行故障等問題。考慮到項目經(jīng)濟性，為縮短投資回報年限，大容量分布式光伏接入380 V側(cè)電網(wǎng)，居民用電負荷特性與光伏出力特性不匹配，可能出現(xiàn)午間光伏大發(fā)、無法就地消納，向電網(wǎng)大規(guī)模倒送電力，晚間居民用電高峰期光伏不出力的情況，導致光伏大發(fā)時電壓越上限，光伏欠發(fā)或停發(fā)時電壓越下限的問題。分布式光伏多接入用戶內(nèi)部配電網(wǎng)絡(luò)，難以監(jiān)管，可能存在用戶私自更改逆變器過電壓保護動作定值，導致電壓越限嚴重，分布式光伏仍不脫網(wǎng)運行的情況。

（2）解決措施：對新建項目開展電能質(zhì)量測試，檢驗并網(wǎng)的電能質(zhì)量；定期導出、分析電站側(cè)電能質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)，對存在諧波污染的加裝必要的治理裝置。建議光伏業(yè)主在用戶側(cè)并網(wǎng)點配置分布式光伏安全擴容裝置，消除大容量低壓并網(wǎng)光伏項目運行風險；配置分布式電源無功補償控制器，解決光伏低壓并網(wǎng)時電力潮流倒送工況下的無功補償控制失靈問題。明確、細化施工單位選用設(shè)備的技術(shù)要求，包括對無功補償、諧波、故障隔離響應(yīng)的要求等，比如：一次調(diào)頻響應(yīng)方面，應(yīng)要求響應(yīng)滯后時間≤3 s，響應(yīng)時間t≤5 s，調(diào)節(jié)時間≤15 s；無功電壓響應(yīng)方面，應(yīng)要求光伏動態(tài)響應(yīng)時間≤30 ms，SVC系統(tǒng)響應(yīng)時間≤30 ms。

5 開發(fā)過程存在的問題

政府尚未落實整縣區(qū)屋頂分布式光伏開發(fā)方案，屋頂開發(fā)位置及其可用面積、裝機容量未確定，尤其是工業(yè)廠房類光伏的開發(fā)，未與各工業(yè)區(qū)業(yè)主對接，未進行工業(yè)廠房屋頂活荷載評估。新會區(qū)工業(yè)廠房普遍為輕鋼結(jié)構(gòu)建筑，采用彩鋼瓦廠房鋼架及檁條結(jié)構(gòu)。依照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標準》（GB 50017—2017）要求，樓頂須滿足以下條件：

（1）恒載：鋪設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)后恒載額外增加15 kg/m（即0.15 kN/m）。

（2）活載：輕鋼結(jié)構(gòu)建筑，屋頂活荷載不低于50 kg/m。

整縣區(qū)屋頂分布式光伏開發(fā)需政府配合進行方案細化，委托設(shè)計、施工單位開展積極消納、延伸配套工作。

6 結(jié)語

整縣區(qū)屋頂分布式光伏大規(guī)模接入會引起中低壓配電網(wǎng)運行電壓不穩(wěn)定、線損高、功率因數(shù)低、諧波污染和調(diào)度控制難等問題，建議配套利用配網(wǎng)自動化系統(tǒng)、智能斷路器、智能電能表實現(xiàn)涉及中低壓線路、臺區(qū)的電壓、電流實時感知，由電網(wǎng)企業(yè)利用快速集群化功率監(jiān)測控制手段，群控群調(diào)光伏逆變器有功、無功功率，提高中低壓主干線路的電能質(zhì)量，統(tǒng)籌大范圍分布式光伏接入電網(wǎng)的實時運行。