基于大规模分布式光伏接入的工业园区配电网规划适应性研究

崔乔儒 鄢峻雯 王 定 莫志伟

（1.广东电网公司肇庆供电局 2.肇庆电力设计院有限公司）

0 引言

2021年，“双碳”目标的提出为光伏等新能源打开了未来10年甚至未来40年的高速成长空间，分布式光伏［1-2］迎来了重大发展契机。国家对于分布式光伏出台了较多的政策，包括推动试点、提供补贴等。随着越来越多的分布式光伏接入配电网就地消纳，配电网逐步向供需互动的有源网络过渡。伴随配电网结构形态的变化，附合产生新的功能要求，对配电网发展将产生广泛深远的影响。为更好地开展工业园区整县屋顶分布式光伏开发建设，更好地构建新型电力系统发展，有必要对工业园区大规模新能源接入系统对配电网规划建设适应性进行研究，以更好适应近期新能源高渗透率下的配电网发展。

1 政策支持及发展趋势

2021年6月，国家能源局印发《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》。国家启动整县推进屋顶光伏开发试点工作，目的是引导地方政府协调整合屋顶资源，实现规模化开发，助推“碳达峰、碳中和”与乡村振兴两大国家战略实施。《通知》中提出“应接尽接”和“宜建尽建”等要求，切实保障试点地区分布式光伏的大规模接入。

2021年9月，国家能源局综合司印发《关于公布整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点名单的通知》，将676个县（市、区，广东32个）纳入试点名单，约占我国全部县区的四分之一，分布式光伏正进入加速发展的全新周期。

2022年3月，国家能源局在《2022年能源工作指导意见》指出，将继续实施整县屋顶分布式光伏开发建设，加强实施情况监管；因地制宜组织开展“千乡万村驭风行动”和“千家万户沐光行动”。

2022年5月，《关于推进以县城为重要载体的城镇化建设的意见》提出，引导县城分布式能源发展，推进屋顶分布式光伏发电。

整县推进中最容易的部分是党政机关以及公共建筑，但这部分装机占比相对较低，预计试点安装比例的任务主要落实到户用以及工商业分布式光伏电站项目上，特别是工业园区的工商业厂房屋顶，消纳能力较强，潜在收益较大，是社会力量开发的重点方向。

2 电网现状及负荷特性

以广东某高新技术开发区为例，高新区开发面积约63km2，其中工业用地约44km2。2022年园区供电最大负荷为475MW，园区内有220kV变电站1座，容量为720MVA；110kV 变电站6座，总容量为773MVA。园区内共有10kV线路146回，其中公用线路113回。截至2022年底，园区分布式光伏总装机容量为 181.38MW，其中 10kV 接入容量为154.31MW，380V接入容量为27.08MW，分布式光伏接入以10kV电压等级接入为主。

园区主要产业是工业制造，大部分人口为外来人口，用电负荷主要为工业用电，商业办公和居民用电占比低；在正常生产日园区企业生产用电需求强盛，日间和夜间用电均较为稳定，峰谷用电不明显；但在春节等节假日期间，园区企业生产基本全部暂停，用电需求大幅下降。园区年用电负荷曲线，如图1所示。

图1 园区年用电负荷曲线

3 新能源承载能力测算

3.1 园区新能源承载能力测算

对2023年和2025年园区企业正常生产日和节假日典型运行方式进行分布式光伏消纳承载能力进行测算。从测算结果可以看出，由于园区以工业负荷为主，所以正常生产日和节假日的分布式光伏消纳承载能力有较大差异。正常生产日分布式光伏大发时刻，大部分企业处于正常工作期间，园区的消纳能力和承载能力都能满足分布式光伏的需求；节假日分布式光伏大发时刻，由于大部分企业停工，园区用电负荷很低，分布式光伏的出力已经超过园区的负荷需求，多余的电力需要向园区以外的周边电力输送。园区新能源消纳承载能力分析见表1。

表1 园区新能源消纳承载能力分析表

3.2 分布式光伏接入容量控制

由于分布式光伏出力存在本地无法消纳的情况，需要进一步对园区内各变电站和10kV线路的消纳能力进行分析，统计各回10kV线路的分布式光伏渗透率和节假日的电力返送情况，计算各回线路剩余可接入容量，为后期其他光伏项目的接入控制提供依据，避免线路上分布式光伏过度接入，影响电网运行安全。线路新能源接入控制见表2。

表2 线路新能源接入控制分析表

3.3 馈线光伏接入容量约束因素

分布式光伏接入线路后改变了配电网的潮流，显著影响配电网电压（U）、电流（I）等，出于配电网运行安全性和经济性考虑，对配电网运行的电能质量和线路载流量都明确提出了约束要求，这些约束直接决定了线路接入分布式光伏的承载能力。配电网典型馈线图，如图2所示。

图2 配电网典型馈线图

以图2所示的理想馈线模型为对象进行电流、电压约束下的分布式光伏接入影响因素分析，馈线共有n个节点，节点i上的负荷为PLi＋jQLi，线路Li上的阻抗为Ri＋jXi；电压幅值恒定为V0，节点i的电压幅值为Vi；光伏并网点为节点p，其输出功率为PPV＋jQPV。分布式光伏接入配电网后，光伏支线的线路电流为：

由公式（1）可知，当无分布式光伏接入时，最大线路电流出现在馈线首端，接入光伏后会使得线路电流最大值减小，当时，随着光伏接入容量越大，线路电流值越小，因此，保证馈线首端电流不越下限，即可满足电流约束。当时，随着光伏接入容量越大，线路电流值越大，此时节点p位置越靠后，电流ip越大。因此应保证并网点前的线路电流不越限，即可满足电流约束。

分布式光伏接入配电网后，则节点k电压可表示为：

此时节点k和节点（k-1）电压之间的关系可表示如下：

4 大规模分布式光伏接入对配电网的影响

4.1 大规模分布式光伏接入对电能质量的影响

（1）提升电压水平。大规模分布式光伏接入甚至可能引起电压越限。当分布式光伏未接入时，光伏出力降低了馈线下送功率，使得馈线从首端到末端压降降低，当光伏出力远大于线路负荷时，将出现并网点电压越限情况；

（2）增加谐波含量。分布式光伏通过逆变器进行并网，虽然现有逆变器设备谐波含量具有严格出厂限制，单个小容量光伏并网一般都符合公网并网谐波要求，而在大量光伏并网时，其谐波含量叠加容易导致谐波越限。

（3）增加电压波动影响。分布式光伏在发电稳定性方面较差，对于日照以及温度有非常大的依赖，容易有频繁启动情况出现。分布式光伏发电本身在启动、停止以及输出功率波动情况下，都会很大程度上影响到配电网供电电压质量。分布式光伏发电并网前，主馈线以及支路节点电压会逐渐下降，分布式光伏发电并网稳定运行状态下，主馈线不同节点电压以及支路节点电压会出现明显的增高。

4.2 大规模分布式光伏接入对配网保护的影响

大量分布式光伏并网后，配电网由辐射型电网变为多端有源网络，光伏电源向故障点提供短路电流，会出现反向故障电流、助增和外汲现象以及故障点熄弧时间延长等，对继电保护带来影响。分布式光伏在线路上安装点的不同，对配电网过电流保护的检测和故障电流的影响不同，严重时可降低线路保护快速性和可靠性；导致距离保护范围缩小并增加误动作的可能性。当分布式光伏发电负荷大于线路负荷时，电网发生故障时出现光伏防弧岛保护失效，光伏出力继续为部分负荷供电，影响电网与设备安全运行；电网中出现逆向电流并影响电网电压分布特性，导致自动重合闸失败，增加供电恢复时间。

4.3 大规模分布式光伏接入对电网运维安全的影响

分布式光伏用户大多无专业运维人员，大量处于无运维状态，业主未对分布式光伏相关设备进行监测和维护，设备安全风险未得到有效管控，易出故障，同时也影响了配电网的安全运行。分布式光伏接入配电网后，配电线路改变成为有源线路，容易对检修工作地段反送电，给在线路作业的人员带来了安全影响。

5 电网规划建议

（1）加强电网规划管理，合理控制线路分布式光伏接入，避免光伏渗透率过高影响电网安全运行。有联络线路中单回线路接入光伏容量不高于自身最大输送容量80%，且满足转供后转供线路接入不高于容量100%，无联络线路接入光伏容量不高于自身最大输送容量80%。低压接入的分布式光伏容量不超过变压器额定容量。

（2）加强分布式光伏电源信息管理与运用，建立分布式光伏电源点、并网线路和公共连接点信息基础台账。同时在生产管理系统中实现分布式光伏电源点信息标注，在线路检修及抢修时作为安全风险点管控。

（3）严控分布式光伏电源并网设备安全运行，并网逆变器调试验收应由具备相应资质的单位进行，规范并网接口功能，并严格测试把关，防止倒送电。

（4）严控并网点开断设备安全隔离，应检查并网点开断设备具有明显断开点，电网侧应能可靠接地。

（5）安装反孤岛保护装置。针对分布式光伏电源可能出现的孤岛运行状态，在220V／380V电网中，安装反孤岛保护装置。

6 结束语

在国家政策的推动下，使分布式光伏迎来重大发展契机。大规模分布式光伏接入配电网后，对传统配电网的安全运行产生了重大影响。因此，为满足大规模分布式光伏接入配电网，需要对地区配电网分布式光伏的承载能力、10kV线路的分布式光伏可接入容量提前进行计算分析，根据技术约束条件，提前做好规划方案，合理控制分布式光伏的接入容量、接入位置，以保证配电网的安全运行。