周前 《基于分布式光伏聚合能力的配電網(wǎng)電壓治理》

    第一，背景。

    根據(jù)國家能源局發(fā)布的“關(guān)于征求《分布式光伏發(fā)電項目管理暫行辦法》修訂意見的函”，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指在用戶所在場地或附近建設(shè)運行，以用戶側(cè)自發(fā)自用為主、多余電量上網(wǎng)且在配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的光伏發(fā)電設(shè)施。

    根據(jù)并網(wǎng)容量、電壓層面可分為三類：第一類是35千伏電壓等級接入，年自發(fā)自用大于50%；或10千伏電壓等級接入且單個并網(wǎng)點總裝機容量超過6兆瓦，年自發(fā)自用電量大于50%；第二類是10千伏以下電壓等級接入，且單個并網(wǎng)點總?cè)萘坎怀^6兆瓦；第三類則是接入點為公共連接點，發(fā)電量全部上網(wǎng)。

    運營模式來說，分布式光伏的運營模式可分為全部自用、自用為主余電上網(wǎng)（上網(wǎng)電量不超過50%）、全額上網(wǎng)三種。

    政策導(dǎo)向?qū)Ψ植际焦夥l(fā)展起到了關(guān)鍵作用。2020年9月，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國大會上提出實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，2021年3月，中央財經(jīng)委第九次會議提出了要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。在去年2022年3月，中央一號文件發(fā)改委能源局發(fā)布了《“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃》，均強調(diào)要推動以光伏、風(fēng)電、生物質(zhì)發(fā)電等分布式新能源，開展就地的消納，實現(xiàn)多元清潔能源創(chuàng)新發(fā)展。

    此外，國家能源局在2021年6月20日下發(fā)了開展整縣屋頂分布式光伏開發(fā)試點的通知，對不同場所屋頂光伏做出細化標(biāo)準(zhǔn)，包括黨政機關(guān)建筑比例不低于50%，學(xué)校等公共建筑比例不低于40%，工商業(yè)廠房屋頂不低于30%，農(nóng)村居民屋頂不低于20%。江蘇省積極響應(yīng)，各個地方政府根據(jù)自身情況，紛紛出臺了相關(guān)補貼鼓勵政策。推動分布式光伏快速發(fā)展。目前，分布式光伏技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，應(yīng)用范圍不斷擴大，涵蓋生活用電、工業(yè)用電、商業(yè)用電、農(nóng)業(yè)用電等多個領(lǐng)域。這些分別是我省加油站、大型工廠、大廈側(cè)面、居民區(qū)以及魚塘等建設(shè)的分布式光伏，包括南通、鹽城附近沿海風(fēng)電的風(fēng)光互補。

    第二，方案。

    首先要利用光伏進行調(diào)壓，必須掌握分布式光伏接入后對配電網(wǎng)電壓的影響特性。大規(guī)模分布式光伏入后，原有傳統(tǒng)的配電網(wǎng)從無源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橛性淳W(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)的運行模式發(fā)生了明顯變化，電力流向從單向流動轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向流動，白天光伏大發(fā)的時候可能電力由下往上流動，到了夜里電力又從上往下。因此，電流雙向變化將原有配電網(wǎng)的電壓可控變成了電壓失控狀態(tài)。如圖所示可以看到，在中午白天時間，光伏大發(fā)之后，電壓超過了合格上限，超過了國標(biāo)電能質(zhì)量供電電壓偏差的7%，造成了高電壓。

    為了更深入了解光伏接入位置與接入容量對電壓的影響，我們針對光伏接入配電網(wǎng)末端、中段、10千伏母線三種場景，研究了不同滲透率下光伏單點接入對配電網(wǎng)節(jié)點電壓的影響。從仿真分析結(jié)果來看，電網(wǎng)電壓的整體水平有所升高，特別是光伏接入點附近電壓明顯升高，加大了配電網(wǎng)的電壓治理難度。

    基于以上研究結(jié)果，利用光伏并網(wǎng)逆變器的無功輸出能力，我們提出了基于分布式光伏聚合能力的配電網(wǎng)電壓治理技術(shù)。主要涉及數(shù)據(jù)交互、集群劃分、聚合控制三個步驟。

    在數(shù)據(jù)交互方面，我們利用網(wǎng)絡(luò)化通訊技術(shù)，必須要實時監(jiān)測光伏的實時運行狀態(tài)，包括發(fā)電功率、電壓等等。我們的數(shù)據(jù)交互流程設(shè)計了四個層級：設(shè)備層、智能控制層、通信信息層、決策管理層。首先分布式光伏或儲能的運行數(shù)據(jù)上傳至聚合控制器，再經(jīng)聚合云平臺，通過安全服務(wù)器后送至聚合控制系統(tǒng)；由決策管理層進行優(yōu)化計算，把指令下發(fā)到智能控制層，再通過設(shè)備層實現(xiàn)對分布式光伏的運營控制。

    在集群劃分方面，根據(jù)電網(wǎng)的拓撲和分布式光伏接入的容量、接入的位置對分布式光伏聚合進行動態(tài)的劃分。根據(jù)電氣距離和功率平衡兩個指標(biāo)來進行劃分。

    最后一步是聚合控制，從劃分的建立模型，通過多目標(biāo)優(yōu)化模型算法求解，最后得到優(yōu)化的電壓控制目標(biāo)，實現(xiàn)了這一套完整的控制流程，實現(xiàn)了對分布式光伏的優(yōu)化控制。

    通過實地獲取配網(wǎng)的實際數(shù)據(jù)并進行仿真分析，我們的控制策略可以有效改善電壓越上限的現(xiàn)象，如圖所示是聚合前和聚合控制優(yōu)化后的電壓曲線圖。可以看到聚合后電壓明顯達到了合理范圍，避免了越上限的情況。

    第三，展望。

    以后在配電網(wǎng)控制方面，有兩方面的技術(shù)方向：（1）擴大聚合資源種類的數(shù)量和類型，包括此次大會提到的充電樁都是以后電網(wǎng)公司想要把它納入統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制的方向，能夠把這些資源整合、聚合起來，相互協(xié)調(diào)，共同調(diào)整，達到穩(wěn)定電壓、電網(wǎng)水平運行的目標(biāo)。（2）提升聚合控制優(yōu)化目標(biāo)。除了我們目前關(guān)注的電壓外，我們還計劃引入電壓諧波畸變率、電網(wǎng)損耗、電網(wǎng)頻率等關(guān)于配電網(wǎng)提升供電質(zhì)量的優(yōu)化目標(biāo)，以進一步提升配電網(wǎng)的運行水平。

    最后我們希望通過這項研究和未來的努力，能夠為配電網(wǎng)電壓治理提供更有效的解決方案，提升電網(wǎng)的承載能力。同時也推動分布式光伏、儲能、充電樁等方面的優(yōu)化配電網(wǎng)運行技術(shù)。