新型电力系统下分布式光伏规模化并网运行关键技术探讨

新型电力系统下分布式光伏规模化并网运行关键技术探讨

董青松

中国石油天然气股份有限公司辽宁销售分公司  辽宁沈阳110000

摘要：为构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统，推动能源清洁低碳转型，以“整县屋顶光伏开发”“‘光伏+’综合利用”“千家万户沐光行动”等大规模分布式光伏灵活接入和就近消纳为导向的新政策、新模式（统称“规模化并网”模式）应运而生。光伏发电将由以集中式为主向集中式与分布式并举转变，与风力发电逐步成为我国主体电源之一，常规电源则逐渐从发电主体转变为基础保障性和系统调节性资源。伴随新型电力系统构建，分布式光伏将呈高密度、规模化并网态势，且嵌入多电压等级配网，与主网耦合度加大，使得系统运行特性发生重大改变。

关键词：电力系统；分布式光伏；并网运行；关键技术；

引言

近年来绿色新能源成为社会持续发展的一项重要举措，光伏发电产业投入应用呈爆发式增长，但是管理制度机制相对滞后。部分地区电网在自动化程度相对落后，电网老化基础薄弱，结构单一包容性差的基础上，新兴的光伏发电并入电网，将给电网带来利好的同时也带来许多未知风险和挑战。

1分布式光伏并网概述

凭借规模较小、建设周期短、距离用户较近等优点，分布式光伏成为社会上广泛应用的方便、快捷、具有良好环境保护作用的发电方案。分布式光伏具有投资少、见效快的特点，是解决当前我国能源问题和环境问题的重要措施之一。在分布式光伏的建设过程中，必须将其接入公共电网，以确保供电质量的稳定性。因此，在分布式光伏并网过程中，必须考虑分布式光伏与公用电网之间的相互影响，确保整个电力系统安全运行。由于空间的限制，分布式光伏的建设往往会导致大量电能的流失。为了解决这一问题，需要采用合适的方式将其并入电网，并保证电能输送安全和稳定。

2分布式光伏发电并网的应用优势

（1）分布式光伏发电并网系统采用模块化集成设计，可依照应用需求调整系统容量，可在保证发电容量的同时进行绿色环保发电，具有较明显的环境效益。（2）分布式光伏发电站的运行噪声小，不会存在环境污染问题；光伏发电并网应用成本较低，可缓解部分地区局部用电压力。（3）通常情况下，分布式光伏发电系统规模比较小，因此对于安装场地的要求比较宽松。与此同时，分布式光伏发电系统的建设形式比较灵活，在设计过程中，可以选择光照时间比较长的空地和屋顶等区域作为建设场地，甚至可以将光伏系统与屋顶结构进行结合。

3分布式光伏规模化并网带来的挑战

3.1“可调可控”能力偏弱

电力平衡调度难度提升，系统灵活性资源稀缺。分布式光伏规模化并网以中低压为主，暂未全额纳入电网发用电平衡体系，同时分布式光伏发电与负荷用电重合叠加，使得电网调峰特征发生显著变化；分布式光伏装机比重持续增加，但其电力电量支撑能力与常规电源及集中式新能源相比存在较大差距，未能形成可靠替代能力，一方面等效减少常规机组平均出力和利用小时数，另一方面又对常规机组调峰深度和响应速度有苛刻要求，加剧了系统平衡的矛盾。

3.2大量的技术问题需要短期内被解决

在光伏发电技术不断成熟和发展的情况下，常规电网却仍处于电网结构薄弱灵活性差、主力设备老旧、自动化及通讯水平低的状态。与光伏发电能否可靠融合，在技术上能否保证生产生活用电的可靠性，光伏并网能否对老旧电网造成冲击，自动化能否满足调度运行的需求，会带来很多硬件方面的问题。同时光伏发电的特点是实时变化且不稳定的，经过层层逆变后，谐波量在并网前能否达到合格水平，加上生产负荷很多使用变频设备，对整个电网的谐波存量是否在可控范围内，是必须先克服和解决问题，同时为保障电网的安全，要对保护配置、定值、运行方式等进行策略研究，出台一系列的应急处置预案，制定特殊情况下保障生产生活的有效措施。

3.3可观可测”程度较低

分布式光伏信息采集和传输环节错综复杂，技术支撑手段不足[15]。因短期迸发式增长，分布式光伏采集、传输、监视等业务量和数据量呈指数上升，各地区缺乏统一信息接入方案，影响数据记录的准确度与可靠性；以中低压并网为主的分布式光伏存在监视数据缺失、运行信息延迟、安全防护薄弱等问题，数据可获取性和可利用率不高，致使网供负荷进一步失真，给系统调度运行和业务应用带来极大的安全隐患。

4分布式光伏电力系统调度运行关键技术

4.1微网技术

微网即微电网，是由微电源、负荷、储能系统和控制装置等组成的系统，其可独立运行。微电网可实现自我保护、管理和控制，这是其实现独立运行的支持。微电网的电源为分布式电源，容量普遍较小，同时，微电网具有电压低、应用成本低和污染较小等应用优势。微电网与传统电网存在差异，其中的分布式电源协同相关负载形成一定拓扑结构，通过静态开关连接至常规电网。强化微网技术的研究开发，可提升分布式电源的普及率，更能优化多种能源形式负荷的高效供给。微网技术具备的主动配电功能，也为电网智能化发展提供相应技术基础。未来，微网技术的应用会促进电力产业的整体发展。

4.2监测预警与集群预测技术

异常状况。为此，需要对系统运行状态尤其是分布式光伏运行工况进行监测，以便及时预警各种风险情况，保证电网安全性[30]。监测对象及关键指标主要包括两大类，第一类是分布式光伏消纳水平及其对负荷的贡献程度，包括分布式光伏功率渗透率、容量渗透率和能量渗透率等[36]；第二类是电网各节点实时接纳分布式光伏的空间和能力，主要采用分布式光伏承载力来衡量。在工程实践中，承载力计算主要基于“规划运行相结合、主配协同互校核”原则，主网应考虑网架结构、潮流状态、系统稳定运行等刚性约束，实时监控并合理评估电网各节点新能源可接纳裕度，实现网架建设规划与新能源运行消纳有效协同。

5分布式光伏并网的运维

5.1加强窃电防范

随着我国光伏行业的迅速发展，窃电现象也逐渐增加。因为全网反向电力不收集，用户可以通过安装开关和电线把太阳能电池与网络表的电线接入家里进行窃电。在不发电的情况下，电网表中的反向电能不会计量，而且窃电不会影响整个网络的使用，导致窃电行为一般难以发现，隐蔽程度和窃电风险极高，应引起足够的重视。

5.2重点防“孤岛效应”

光伏并网后要重点防范“孤岛效应”，因为“孤岛效应”的发生将有可能给电力系统、配电设备，甚至是检修人员造成严重的危害。因此要建立两重防线，一重防线是保证光伏电站内有防“孤岛效应”可靠的断电检测功能，在并网通信，协同控制方面应用先进可靠的技术。二重防线是在并网变电站的保护设置上充分考虑防“孤岛效应”措施，在上级电源线路故障情况下，能够准确可靠切断光伏电源。

结束语

分布式光伏规模化并网促使电力系统调控模式革新升级。结合电网业务和场站运行需求，从多个方面探讨新形势下电网调度运行关键技术，助力构建适应大规模分布式光伏并网、保障系统安全稳定运行的先进电网能量管理体系，提升新型电力系统分层分群平衡能力及新能源消纳水平。

参考文献

[1]洪坤伟.分布式光伏发电接入电网的电能质量研究[J].海峡科学,2022(1):57-60,74.

[2]宋佩芸.计及电化学储能的分布式光伏发电项目的经济评估[D].北京:华北电力大学,2021.

[3]韩志华,刘秦.分布式光伏发电系统电气设计分析[J].光源与照明,2023(1):133-135.

[4]杨鑫鑫,陈昌鑫,任一峰.NB-IoT+云平台的分布式光伏监测系统[J].仪表技术与传感器,2023(1):78-81.