能源互联网背景下的分布式光伏接入配电网管理模式初探

梁琳++刘娟++秦砺寒++侯喆瑞

摘要： 随着能源危机与环境污染问题的日趋严重，全球能源互联网理念应运而生，新产生的清洁能源、特高压电网以及智能电网都为能源互联网的深入发展奠定了坚实基础。本文结合全球能源互联网趋势背景，对光伏接入电网的后续影响进行了探讨，并提出几点浅见，希望能够为相关电力企业和部门提供参考性意见。

Abstract： With the energy crisis and environmental pollution problems becoming more and more serious， the global energy Internet concept arises at the historic moment. New clean energy， UHV power grid and smart grid provide a solid foundation for the further development of energy Internet. Based on the background of the global energy Internet trend， the subsequent impact on the photovoltaic grid are discussed， and some suggestions are put forward to provide reference for relevant departments and power companies.

关键词： 能源互联网；光伏接入电网；管理模式

Key words： energy Internet；PV access grid；management model

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0026-02

0 引言

随着火力发电的发展，各种化石性燃料被大量消耗，这些不可再生能源储备日益减少，能源紧张问题和环境污染问题已经成为限制人类社会继续发展的瓶颈，积极开发和利用清洁能源，已经势在必行。在这样的背景下全球能源互联网理念得以产生和发展。太阳能具有清洁无污染、投资成本小、不受地域限制等优势特点，因此受到社会各界的广泛关注。能源互联网在我国还是一个新概念，它对我国能源产业的改革具有战略性的指导意义，对国内能源产业的能源再生规划发展、加强能源的充分利用、促进能源市场的开放和能源产业的优化升级都有重要的现实意义，对国民经济发展创造新的增长点，在全球化进程中跟上时代的脚步。利用太阳能光伏发电，是能源互联网的重要组成部分，已经成为清洁能源的重要开发领域。从长远发展的角度来看，光伏接入电网系统并予以运行，技能解决能有持续利用问题，又能降低能源消耗成本、减少环境污染，对社会经济的发展和自然环境的保护有着极为深远的意义。光伏并网在我国华北、西北等地区已经得到初步实验应用，但是由于光伏发电受天气变化影响，波动性较强，对电网继电保护、供电质量、系统调控管理都会产生影响，这些问题都亟待解决。

1 光伏接入电网技术问题和解决办法

尽管太阳能就可再生、清洁无污染的优点，但是大规模的太阳能光伏电力系接入常规供电网络系统，在带有优势作用的同时，也会带来各种负面作用。

1.1 对电力系统继电保护的影响和解决措施 首先，依照当前实际发展情况来看，小规模的光伏接入对电力系统继电保护运行造成的影响微乎其微，但是，如果大容量光伏系统接入低压极有可能导致类似短路抗组这类的参数变化，一旦出现系统故障，由于光伏电源的影响，短路电流会产生不能预期的变化，进而会极大地影响系统继电保护的灵敏性以及选择性。另一方面，是对继电保护系统配置的影响。因为在未来发展阶段，随着能源互联网覆盖范围的逐渐扩大，接入光伏的电力系统会越来越多，对继电保护系统也提出了更高的要求，不但要做好协调配置，而且要做到保证不同电源的顺利接入以及特高压电网的正常运行，在继电保护系的智能性和灵敏性方面不断优化更新。

1.2 对电力系统供电质量的影响和措施 太阳能由于受到天气状况的影响，其能源供给带有明显的不稳定性，对光伏系统也会产生干扰，从而使供电频率和电压等都不能满足现实需要，电能质量不达标，对生活生产和人们的生活都造成影响。如果光伏接入常規电网，利用类似电力电子逆变器这样的手段可以对供电网络电能质量起到帮助作用，但是在未来能源互联网深入发展的时候，这些措施就很难再起到作用，“源-网-荷-储”将成为供电系统保证供电稳定的首选，因为通过它可以有效降低光伏接入的负面影响。

1.3 对电网调控管理模式的影响和措施 调度管理系统关系到电网的正常稳定运行，光伏系统接入对电网调度控制中心的影响更为直观显著，由于电压和调度范围的变化，光伏大规模接入电网后，在电网的建设、调整、运行等方面都会造成困扰。因此，在新的能源发展背景下，电力企业应顺应时代发展潮流，对自身的调度管理工作模式进行合理创新，在传统的工作基础上融合能源互联、智能优化以及集成协调，创立新的能源互联网电力系统的电网调控模式。

2 太阳能光伏发电系统的构成原理和接入电网方案

光伏发电系统的形成主要源自于“光伏效应”这一原理，即利用太阳能电池板把太阳能转化为电能。

2.1 太阳能光伏并网原理 光伏阵列汇流箱、光伏并网逆变器、太阳能光伏电池组件等配置共同组成了接入光伏后的电网系统。在这些组成设备里，太阳能电池起到最基础的介质作用，在工作中主要起到“光生伏打”效应的半导体作用。太阳光照强度、电池板面积以及电池电流之间呈正相关关系。其次重要的就是光伏阵列汇流箱，这个组件主要起到汇流作用，其原理是先串联再并联，直电流输出，通过逆变器转化成交流电，最终实现太阳能光伏并网，其主要构成如图1所示。除此之外，为了对并网后的光伏发电系统进行运行管控、保证供电网的电能质量，还要将系统设备、滤波装置、电能质量监测装置等接入发电系统。关于光伏并网如图1。

2.2 太阳能光伏并网单点接入方案研究分析

下面关于光伏并网网点的选择进行介绍：首先介绍一种简单方案。将光伏发电系统的专线接连到公用变电站，并占用其10kV间隔，将系统的并网点设在用户进线断路器，通过用过户断路器对光伏发电系统的并网运行进行控制。这是一种接线较为简单的光伏接入方案，该方案适合应用于自发自用和余电上网的光伏发电系统。它最大的优点也是接线简单，当出现意外情况发生故障，能够迅速隔离，并且对整个供电系统的影响性很小。

第二个方案，就是在常规线路上选择某一点进行光伏接入，此线路此时仍然为其他用户提供供电服务，该线路已经成为原有常规线路的一个分支线路，同时扮演电源与负荷这两个角色，所以要注意两条线路间的配合保护。进一步介绍该方案就是将太阳能发电系统进行“T接”处理，接到10kV配电线路。

方案三，主要适用于自发自用、业余不上网类型。具体操作方法为，10kV专线用户低压接入光伏系统，原线路依然以普通负荷性质并网，光伏发电系统在本站将开关设置为并网点并安装在低压侧，整个资源运行使用都有客户自己进行管理，这样一来用户就能够同时享受原有的常规电网和新建光伏系统的供电服务功能。

最后一个方案，光伏接入方法是：将第二个方案和第三个方案相互融合。这一方案主要是为了满足条件允许的10kV用户的光伏系统接入需求。这一方案的可行性优点是较为节约成本，并且对路由问题给予了一定解决。但是该方案的缺点也是显而易见的，那就是线路接入复杂，管理难度大。

2.3 我国光伏接入电网管理模式的成功案例 近期最新发布的《国家电网公司促进新能源发展白皮书（2016）》指出，在新能源领域我国已经处在世界领先位置，截止到2015年，我国光伏装机容量已经跃居世界首位，并集中分布于“三北”地区。关于新能源并网，国家及国家电网已经制定并颁布了相应标准，例如《光伏接入电力系统的技术规定》、《光伏电站接入电网测试规程》、《光伏系统并网技术要求》等。作为“西电东送”工程的重要单位，冀北电力公司这些政策、标准的严格执行，为华北地区新能源的开发利用提供了重要支持。其中最具有代表性的河北张北县，充分利用当地丰富的太阳能资源优势，大力推动光伏开发，并且引进国际风光储输项目，随着该示范项目的顺利进行，内多家光伏开发企业入驻张北县，与此同时，恒大、东旭、博望华科等集团公司也先后签约合作，共同投入到我国大型的新能源基地建设中来。

3 能源互联网背景下的光伏接入电网管理模式策略分析

为了在经济全球化过程中加强竞争优势，供电企业必须建立适应能源互联网光伏接入的新型管理模式。

3.1 有针对性地建立光伏接入电网管理标准 关于能源互联，已经出现许多相关的指导意见，就有代表性的就是《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，要实现能源互联，必须在前期制定相應的标注和评价体系，电网企业应积极学习，努力探索，在太阳能领域开发新的管理标准，在技术和标准两方面有所建树，在建设自身的同时，采取走出去战略，支持并推动全球能源互联网的发展。

3.2 立足当下，用长远的发展目光统筹能源互联网的发展规划 在全球能源互联网发展大背景下，应重视能源与电力之间的协调互补，加强对太阳能能源的开发利用。例如，新能源应该与电力方面进多能聚合的技术开发，优势互补协调发展，积极研究对太阳能转化为电能的新技术方案，并建立新的能源技术标准体系，在太阳能转化电能及其储备方面加大投入。

3.3 对供电网络的调控管理和运行模式进行合理创新 各项科学技术的创新归根结底还是在于人才的培养和利用，因此，对电网调控运行系统的操作人员要进行有针对性的技术培训，使其掌握光伏接入电网的理论知识和技术要求，并组织进行相关的理论探索和实践演练，不断发现和总结光伏并网占比加大后对电网系统的各种影响。与此同时，电网企业需根据自身的特点，因地制宜，建立协同化管理模式，对大规模光伏并网工作进行全程掌控管理。

3.4 通过利用“源-网-荷-储”协调发展，加快新能源电力系统的创新建设 光伏并网运作属于有源网络，在能源清洁、需求多元化、智能电网等诸多方面为新能源电力网络系统的创新建设提供了可能性支持，在“源-网-荷-储”协调下，集成互补，为能源互联网的延伸发展提供推动力。

4 结语

总而言之，在能源互联网不断发展的大环境下，光伏发电系统在理论上日臻完善，在现实应用中各项技术不断成熟，在未来的发展时期，太阳能光伏电力系统会成为清洁能源开发与利用的主要方向。将清洁无污染的太阳能转化为电力能量，并输送给千家万户，不但能够解决资源枯竭的能源危机，而且能缓解火力发电造成的环境问题，在很大程度上缓和了人类发展与生态环境之间的矛盾，为人类的可持续发展提供了可行性支撑，具有深刻的社会意义和环境意义。

参考文献：

[1]李建林，田立亭，来小康.能源互联网背景下的电力储能技术展望[J].电力系统自动化，2015（23）.

[2]李晓永，吴树茂.能源互联网背景下的光伏接入电网管理模式探索[J].中国新技术新产品，2016（14）.

[3]田世明，栾文鹏，张东霞，梁才浩，孙耀杰.能源互联网技术形态与关键技术[J].中国电机工程学报，2015（14）.

[4]杨瑶，向铁元，王亮，詹雷.光伏接入区域电网的规模化效应分析[J].智能电网，2015（12）.