分布式光伏接入配套电网专项规划研究

叶健鹏

（广东电网有限责任公司东莞供电局）

0 引言

随着我国经济的快速发展，化石能源消耗也逐渐增多，带来一系列的环境问题。因此，国家出台一系列政策鼓励开发利用可再生能源。其中，分布式光伏发电因其具有可就地消纳、节能减排和高效利用等特点，得到了国家和社会的广泛关注和支持。东莞市由于日照资源比较丰富，凭借更加良好的资源条件，积极创建分布式光伏发电示范区，对当地经济发展产生重要影响。

1 分布式光伏接入配套电网专项规划概述

目前分布式光伏发电系统主要有两种不同的运行模式，包括并网运行和孤立运行。从作用性方面分析，分布式光伏接入发电系统具有非常明显的优势特征，与配套电网之间产生较好的关联。具体产生的良好效果包括三个方面： （1）通过并入配套电网，可减少对电能的消耗，光伏发电的波动性与间歇性能够更好地被吸收进去，保证电网发电质量。 （2）为电网提供更加稳定的发电频率，保证光伏发电效率的提升。（3）为电网提供强大的备用容量，以此降低分布式光伏发电系统运行所产生的能耗。从规划方面分析，为充分发挥出分布式光伏接入配套系统的作用，需尽可能扩展规划范围，提升其作用效果。选取东莞市的大朗镇、洪梅镇、桥头镇、谢岗村作为分布式光伏建设试点，由点及面，对东莞全市范围的分布式光伏建设工作的可行性进行分析，为东莞市后续的分布式屋顶光伏接入配套电网项目提供参考。

2 分布式光伏建设条件及评估

2.1 电网规划基础条件及评估

基础条件分析评估具体包括两个方面，分别为区域分布式电源发展以及区域电力需求。以东莞市为例，在区域分布式电源发展中，东莞市分布式光伏并网项目共有9209个，总体装机规模超过510MW。要想实现分布式光伏的良好建设，就必须保证当地电源供给。在电力需求方面，预计未来几年东莞市的负荷年均增长率、最高负荷以及平均用电增长率会进一步提高。由此可见，在较高的用电需求下，必须加强对分布式光伏配套电网的专项规划。从评估内容可以看出，东莞市电网规划基础条件符合预期目标，为分布式光伏系统建设提供便利条件。

2.2 电网运行基础条件及评估

电网运行基础条件评估可从理论装机规模预测和实际装机规模预测进行，例如在理论装机规模预测的过程中，通过国家能源局光伏发电建设情况来看，最近两年东莞市分布式光伏年均增长率为31%，这表明东莞市试点效果良好。而在实际测算分布式光伏装机规模时，需要结合不同区域内光伏发展的速度，并且充分考虑实际分布式光伏试点的发展情况。从太阳能资源分析角度出发，东莞市位于太阳能资源丰富地区，可开发出大量的太阳能资源，为电网运行提供了更加良好的基础条件［1］。

2.3 自动化应用基础条件及评估

目前东莞市在分布式光伏接入系统建设过程中，由于该配网已实现配电自动化有效覆盖及全线自愈，可自动完成对故障点的切除，对故障现象进行及时处理，对于电流方向变化可完成自动化调整。对东莞市电网总体承载能力进行分析，可知当前的自动化条件可以满足分布式光伏并网的建设。

3 分布式光伏接入配电系统的优化技术

3.1 随机波动性优化技术

随机波动性优化技术是指规划人员可以借助基本统计学原理，来对分布式光伏接入配电网的电压波动进行优化分析的技术。实际应用流程如下：首先，借助统计学原理，规划人员对分布式光伏配电系统的随机波动性进行详实的分析，对其波动性的正态曲线特征以及分布曲线特征进行检验，并对其随机特性的分布发展趋势进行描述。其次，对外部辐射强度以及环境气温等影响因素进行分析，同时对其进行独立的方差分析，以此来对外界影响因素对分布式光伏的运行影响方差进行明晰。最后，利用均方差分析的技术，对影响因子进行筛选，将筛选出来的相关因子作为不同自变量，从而形成多种线性回归分析模型，以便于对其随机波动性的变化做出更细致的研究。

3.2 最小二乘法

在进行光伏规划的过程中，规划人员利用最小二乘法对以往的K均值聚类法加以替代。最小二乘法的实际运用流程如下：首先，规划人员需要对当地太阳能资源的辐射强度和实际出力状况进行线性拟合。其次，以线性拟合为中心平分区间，并由此来对配电系统进行优化分析。再次，对在各个时段内所接入的分布式光伏出力系数及其权重进行平均分解。最后，建立在不同时段的能量转移概率矩阵，进而对分布式光伏所接入配电系统的平均能量产生时间做出精确预估。

3.3 有功功率优化

有功功率优化技术可以有效地降低分布式光伏接入电网后对电网安全运行的影响，由于电网侧的保护程度相对较小，使得其运行的可靠性以及科学性难以被有效地控制。基于并网运行技术以及功率优化技术，技术人员可以最大限度地提升电网侧保护效能［2］。

针对分布式光伏系统并网的起始时间，规划人员必须按照供电网络最低损耗原理来实行合理的时间甄选。可以把配电系统的最小有功损耗值视为整个系统当前的有效配置要求，同时借助有功功率优化技术对分布式光伏连接配电系统的并网定址和定容范围做出全方位的调整，以便于真正地做到光能在配电系统中的主动并网。

3.4 可视化仿真平台

可视化仿真平台的主要作用是对分布式光伏接入配电网系统的优化方案是否具有可行性以及有效性进行充分的模拟检验。因此，规划人员需要积极主动地构建完善的可视化仿真平台，并对分布式光伏接入配电系统进行模拟。规划人员需要将当前已知的数据信息传输至配电系统，从而在可视化平台的帮助下，形成拓扑结构图，拓扑结构图可以对稳定状态的配电系统的节点位置电压以及馈线输出功率等诸多信息进行有效呈现。

4 屋顶分布式光伏接入系统及配套项目规划

4.1 东莞整体承载能力分析

以东莞市为整体进行承载能力分析。2021年，东莞市用电高峰负荷数值达到18600MW，现阶段分布式光伏安装容量为509MW，东莞市电网对分布式屋顶光伏的实际承载力为22613MVA，东莞市可以对屋顶式分布光伏进行就地消纳。至2025年，东莞市实际供电负荷可达到21401MW，分布式光伏安装容量可提升至1039MW，东莞市电网对分布式屋顶光伏的承载力也会随之提升至25452MVA，东莞市的分布式屋顶光伏能源可以就地消纳，无须对其进行外送。“十四五”期间，东莞市承载能力评估情况见表1。

4.2 试点镇区承载测算

以四个试点镇区为对象进行承载能力分析，详情见表2。

通过分析东莞市各镇区典型台区、馈线的承载能力及各变电站的负载情况可知，东莞屋顶分布式光伏以自发自用为主，用户自身消纳能力较强，部分倒送功率最多在10kV馈线上实现就地消纳，不涉及通过110kV变电站外送的现象。

4.3 接入系统方案设计

规划人员可以充分借助分布式光伏接入配电系统优化技术，全面提升接入系统方案的设计可行性。

第一，规划人员基于分布式光伏接入配电系统优化技术，可以对当前电压配网自身负荷相对较大的问题进行有效地优化解决，由于自身负荷相对较大，使得分布式光伏电源的波动相对较为明显，借助随机波动性优化技术，对其波动影响进行优化，从而切实提升电网规划质量。

第二，技术人员借助最小二乘法对电网运行影响进行有效地优化处理，通过拟合分析，对影响电网运行的诸多问题进行细化处理，以此来切实提升电网安全运行质量。

第三，规划人员还必须将并网节点的供电容量视为目标函数，并将配电网络的运营效率视为约束条件，以便构建并网系统之间的非线性回归方程。规划人员需要综合考量并网节点的可变性，从而最大限度地提升并网区间的优化运行。

第四，对配电系统的初始状态进行分析，并对馈线支路进行自动寻找，以动态化演示的形式向规划人员进行呈现。可视化仿真平台会自动对分布式光伏接入配电网的运行曲线进行绘制，同时将节点电压以及输出功率进行全面地呈现，从而对其有功功率的实际容量进行实时调整［3］。

在对接入规划进行编制的过程中，规划人员需要对规划原则进行深入分析。针对容量规模相对较小且接入点相对较为分散的情况而言，需充分利用好就地消纳原则，科学合理地对分布式光伏建设规模进行优化调整。最大限度地避免出现送出通道 “卡脖子”的问题，并在一定程度上对电网改造的经济适用性进行有效提升。分布式电源接入电压等级应根据同一红线范围内终期装机总容量、电网条件等确定，原则上接入电压等级按表3确定。

表3 分布式电源对应接入电压等级

根据上文的负荷预测数据可知，大朗镇、洪梅镇、桥头镇以及谢岗村的分布式屋顶光伏接入配电网负荷，可以被全部消纳。此外，也要注意，在应用上述技术进行接入时，应当严格遵循现行的技术规范，提前根据实际情况，制定技术操作方案，同时，针对上文中阐述的问题，制定相应的措施方案。此外，也要做好现场的勘察，根据具体情况，确定各镇接入数量，以有效满足需求，保证工作质量。

基于上述数据分析，东莞市分布式屋顶光伏规划成果见表4。

表4 东莞市分布式屋顶光伏规划成果

5 结束语

根据上述规划可知，东莞市屋顶光伏建设装机规模可达到3830MW，根据规划对东莞市各类屋顶面积进行摸查，预计到2025年底，东莞市分布式屋顶光伏装机容量可以达到1039MW。其中截止至2021年，东莞市屋顶分布式光伏安装已达到509MW，屋顶分布式光伏总承载力为25452MVA，经分析可知，东莞市屋顶分布式光伏能源可以被当地全部消纳，无须对其进行资源外输。基于此，东莞市可以基于“十四五”规划，切实做好屋顶分布式光伏装机工作，全面提升东莞市新能源发展，促进其能源的健康可持续发展。