光伏储能接入配电网优化规划研究

光伏储能接入配电网优化规划研究

国光辉

中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司  郑州450000

摘要：自工业革命在全球范围内展开以后，经济快速发展，煤炭、石油能源日益枯竭，因此能源的供给需求关系日渐紧张。为了保护人类赖以生存的生态环境以实现人与自然的共同发展，在减少大气污染的同时又能维持能源的长期稳定供应，需要找到新的能源来替代不可再生能源，于是风能、电能、光伏能等可再生清洁能源受到了人们的关注。随着光伏渗透率在电网中的提高，光伏发电系统对配电网的影响日益增大，因此研究光伏发电系统并网对配电网电压波动的影响，促进新能源和电力系统的稳定运行，具有非常重要的意义。

关键词：光伏储能；接入；配电网；优化规划；研究

引言

传统的火电在发电的过程中不仅能量转换效率低，造成了自然资源的浪费，而且在转换的过程中会产生对生态环境造成破坏的污染物，基于此，传统的火电正在被新型能源所逐渐替代。新型能源中光伏电站作为其主要的发电形式，其完全解决了传统火电的自然资源浪费和生态环境破坏的问题。光伏电站正不断地被我国的大部分地区使用和推广，但是在光伏电站产生的电力接入到电网系统时，会造成电网系统的电能质量不高、电压电流不稳定等问题，本文围绕储能技术在光伏电站并网的优化配置展开了相关研究。

1我国分布式光伏发展历程

为扶持分布式光伏迅速起步，我国分布式光伏发展初期阶段，主要以补贴激励政策为主。２０１３年初由基于安装容量的投资补贴转向基于发电量的电价补贴。２０１５年开始，国家逐步调整光伏并网电价，在分布式光伏发展中期阶段，补贴激励政策与规模管控政策协同作用，推动分布式光伏快速、有序发展。２０２１年以后，我国逐步进入发展后期阶段，补贴弱化，面向市场，规模管控与市场机制共同作用。在规划方面，国家持续推动分布式光伏的规划建设，鼓励新能源发电装机并网。预计２０３０年风电、太阳能发电总装机容量将达到１２亿千瓦以上。在建设方面，新能源发展的重心由“促消纳”向“促发展”转变。２０２１年５月，国家相关部委发布文件明确可再生能源消纳责任权重指标，并制定年度电力建设规模，直接推动分布式光伏项目建设进度。国家持续开展整县分布式光伏规划和建设，提速了分布式光伏发展。２０２１年，全国选取了多个县区对整县分布式光伏建设试点。整县光伏开发试点工作对电网承载力、电网规划建设、改造提出了更高的要求。

2光伏储能接入配电网的优化规划研究

2.1储能与直流线路协同规划架构

分布式电源功率溢出指分布式电源发电出力大于本地消纳能力。在光伏溢出严重的配电区域，光伏分布的不平衡是亟待解决的主要问题。光伏分布的不平衡主要体现在时间和空间两个方面。光伏时间的不平衡指光伏一天内各时间段出力不均，通常正午出力最大，夜晚出力最小，造成发电与负荷需求不匹配的问题。光伏空间上的不平衡指不同区域的光伏装机容量受地形，成本等因素分布不均，造成了光伏就地消纳困难问题。直流输电具有能够远距离大功率输电、便于控制、线路走廊窄、能量损耗小、能够联系不同频率或非同步运行的交流系统等优势，更适合支撑配电网的互联，为区域间能量双向流动提供通道。储能装置则具有充放电快速、灵活多样、配置方便、改善电能质量等优势。二者协同优化，发挥特长，既能够提升新能源消纳能力，也能够提高配电网传输效率，是配电网新能源消纳的新模式。因此，本文提出配电网储能与直流线路协同规划架构。针对光伏时间的不平衡，通过装设储能装置进行电能存储，实现电力的削峰填谷。针对区域光伏分布不均，通过建设直流线路以实现区域间能量互济，消纳光伏溢出区域的发电量。在储能与直流线路的协同规划问题中，需要着重考虑以下问题：①储能装置为时间尺度耦合器件，因此需要建立动态时间的系统潮流模型；②在交流配电区域间架设直流输电线路，需要进行交直流混联配电网的潮流模型设计；③为了实现储能和直流协同规划，在模型设计中，储能的容量、荷电量以及直流线路的容量均需要作为决策变量引入模型中，且与器件的选址0-1决策变量进行有效耦合。储能与直流线路协同规划模型将在后续章节详细介绍。

2.2潮流分析

我国配电网大多以放射式网络为主，这种网络结构简单、易于改动、扩建方便，因此本文以放射式网络为例展开研究。传统的配电网通常为单电源放射状网络，从电源点开始，电压沿着负荷方向依次降低，电流从前到后向每个节点流动。而光伏储能发电系统向配电网中的部分节点注入功率时，打破了原有的潮流流动和稳定运行，改变了配电网的节点电压、电流大小，部分节点的电压升高，线路上的功率大小及方向随之发生改变。分析注入光伏功率的各个节点电压间的关系，调整光伏储能系统注入功率可减小原有节点电压的波动。

2.3微电网的高效应用

微电网是一种比较独立的配电体系，其是由多个负荷和微电网组成的。在微电网中使用者较多的电能控制装置及能量管理技术，通过将新能源产生的电能进行会合，将其连接到用电用户侧，实现了对用电用户进行供电。采用微电网的方式其实现了在毫秒甚至是微毫秒内进行动作，该响应时间能够极大增加用电用户用电的安全性和稳定性，并且能够对电网中的峰谷值进行削弱，降低线路中的线损率。储能技术使用在微电网中能够极大促进光伏电站并网的电力供给的安全性和稳定性，其独立供电的形式提高了电力的供给的安全性和稳定性。

2.4完善配电网规划技术原则和人员力量

优化电网规划计算原则，提升电网规划工作质量。根据规划水平年分布式新能源预测规模情况（最大装机规模不超过本区域全年最大用电负荷６０％，避免向２２０ｋＶ电网反送电），开展最大、最小负荷运行方式下的潮流计算，同时计算分布式光伏最大出力时段的运行方式。校核分布式光伏接入的配电线路载流量、变压器容量，以及电网短路电流和热稳定，深入开展配电网承载能力分析。为充分应对分布式光伏接入对电网的影响，供电企业应提高对电网规划的重视程度，完善配电网规划的管理体系，充实配电网规划的人员力量，调整优化配电网规划的工作机制。

2.5提高光伏发电系统的经济性

光伏电站在实际使用的过程中由于其阈值的影响，会弃光限电，这种方式造成了光伏组件的发电效率不高，并且没有完全利用所有的太阳能。通过利用储能技术就可以对该问题进行解决，当光伏电站产生的电能达到相关设定的阈值要求后，可以采用储能装置将光伏组件产生的电能进行存储，当配电网有需求或者是用电用户有需求时，可以将电能进行释放，将其产生的多余的电能进行有效利用，保证了光伏电站的电力转换效率，并且还能够充分发挥光伏电站的电力转换性能，增强光伏电站的经济性，提高其性能。

结语

为解决配电区域溢出光伏消纳的问题，针对光伏电源出力在时间和空间两个维度上分布不均的症结，本文结合储能和直流工程两种解决方案，建立了储能和直流线路的选址定容协同优化模型，精确刻画了两者的运行性质，并全面考虑了投资成本、维护成本、电能损耗成本和可再生能源消纳收益等几类成本和收益，实现溢出光伏消纳的综合经济效益最大，并通过基于IEEE标准系统和多个规划方案对比验证了模型的有效性。提升了配电网承载“双向”功率的能力，解决分布式电源功率“送得出”的问题。

参考文献

[1]于冬，李瑶.储能技术在光伏并网发电系统中的应用研究[J].中国设备工程，2021（24）：196-197.

[2]全俊晓.储能技术在光伏并网发电系统中的应用分析[J].电子测试，2020（2）：129-130.