典型功能区分布式光伏接入对配电网建设改造的影响

2016-06-01 10:58:03 安装信息网

贡晓旭，金强，王基，史梓男，马唯婧

(1国网北京经济技术研究院，北京 102209;2．国家电网公司，北京 100031)

摘要：随着分布式光伏大量接入，配电网电能质量、短路容量、潮流分布等都受到一定的影响，光伏发电在就地消纳的同时可能产生倒送，因此传统配电网面临升级改造的新形势。对于不同典型功能区的光伏发电接入．如何定量分析配电网建设改造工作量是一个亟待解决的问题。根据光伏最大盈余发用比指标，对不同类型功能区负荷密度与发电功率密度进行对比研究，分析不同类型功能区光伏消纳及配电网改造情况，研究分布式光伏接入对配电网建设改造影响，提出不同光伏最大盈余发用比下配电网工程改造及投资规模建议．为实现配电网接纳分布式光伏改造提供指导和建议。

关键词：典型功能区：分布式光伏；配电网建设改造；光伏消纳能力

0引言

光伏发电实现了太阳能到电能的转换。当前，全球范围内太阳能光伏发电产业规模不断扩大，在欧美国家．以户用光伏为主的建筑光伏高速发展。随着同家一系列鼓励光伏产业发展政策的出现，中国光伏发电产业的得到进一步发展。太阳能光伏建筑一体化( building integrated photovoltaic．BIPV)的应用，在充分利用土地资源，缓解高峰用电需求都发挥重要作用，推动了分布式光伏发电的发展。

分布式光伏大量接入配电网后，导致配电网潮流发生变化．从原有的无源配电网变为有源配电网，同时由于光伏发电出力具有波动性，这就导致配电网电能质量、短路电流等产生新的问题。同时，随着分布式光伏发电大量安装，局部发电超过用电需求，产生功率返送的情况，在潮流返送严重时可导致变压器和线路过载等问题，这就需要对配电网进行改造，提高分布式光伏消纳能力．目前分布式光伏接人对配电网的影响研究大多集中在接入方案设计方面，文献[9]提出了分布式电源接人中压配电网典型没计方案，为规范分布式电源接人设计提供依据，文献[10]对光伏发电项目的国民经济评价进行了研究，提出分布式电源发展路线。分布式光伏发电接人不同区域会带来不同的配电网建设改造情况，需要对其配电网建设改造工程量及投资规模进行分析研究。文献[11]提出一种考虑分布式光伏接入的大用户供电方案设计方法，但未对分布式光伏接人配电网可能引起的电网改造进行分析。文献[12]对分布式光伏接入配电网改造方法进行研究，但未考虑光伏发电和本地负荷的匹配问题，改造方法具有一定的局限性。

本文针对不同类型功能区分布式光伏发电接入配电网的建设改造影响进行分析，研究分布式光伏发电与负荷匹配问题，提出分析指标及方法，结合典型功能区对光伏接入典型功能区后对配电网的影响及配电网改造工程量进行定量研究，并提出相关配电网建设改造措施和建议。

1 分析指标和方法

在不同功能区中，分布式光伏接人会对配电网产生不同影响．在研究该区域内光伏的发电能力的同时，还要研究该区域负荷特性，然后将两者进行对比分析，从而评估典型区域内光伏接人后配电网受到的影响和改造工作量，进而提出两者协调发展策略。考虑到储能增加所带来的投资规模大幅增加的问题，为简化研究，本文结合配电网实际改造情况仅考虑配电网容量约束，未涉及考虑增加储能装置及电压约束，无功补偿装置可根据实际工程情况进行配置。

为了分析功能区域的最大返送功率，按照典型功能区域发电功率密度、功能区域负荷密度，采用光伏最大盈余发用比指标进行分析，其计算公式为

式中：P：为光伏发电即时功率；P1为负荷即时功率；H。为负荷最大功率；该比值即光伏发电功率与本地负荷功率的最大差的标么值（以负荷最大功率为基准）。

为进一步分析功能区域光伏接入所引起的配电网改造工程量，对配变和线路改造进行分析，利用光伏最大盈余发用比指标，建立光伏最大盈余负载比指标，其计算公式为

式中：pT和Pi分别为光伏接入配电网配变和线路光伏最大盈余负载比；S。、为配电变压器容量，该比值可表示光伏接入配电网配变和线路最大负载比。

对于公式如果BT和BL均小于等于1，则配电网配变和线路容量均可满足光伏倒送最大功率，不需要进行扩容改造；如果pT或pL大于1，则需要进行配电网扩容改造，其改造工作量估算为

式中：A，，和A-i分别为配变和线路改造量占原工程量的比值．该比值可表示配电变压器和线路改造工程量。

考虑到功能区配电网中配变和线路投资规模，假设不考虑上一级配电网改造情况，引入配电网改造投资规模估算指标，其计算公式为

式中：CLfr和C．．分别为配变和线路改造投资规模；C，，和C．．分别表示配变和线路原建设投资规模。

根据上述指标，对于不同功能区，其光伏接入配电网改造分析方法流程如下：

(1)选择典型功能区域。在城市区域内，典型功能区域主要有普通居民住宅、高层居民住宅、商业区和办公区。

(2)计算典型功能区域光伏发电功率。结合不同功能区特点，考虑建筑面积、楼顶面积等因素分析光伏发电功率。

(3)计算典型功能区域负荷。根据功能区负荷历史数据，分析该建筑功能区域的最大负荷。

(4)进行发电与负荷对比分析。对不同功能区的光伏发电功率和负荷进行比较，进行典型日特性曲线对比分析。

(5)计算分析配电网建设改造工作量。根据对比结果，计算现有配网建设改造工作量和投资规模。

2发电功率与用电负荷对比分析

2.1 典型功能区域发电功率密度

对于不同功能区域，其负荷性质、大小都有所不同，又由于其地块容积率、建筑面积、楼顶面积不同．同样占地面积内光伏安装容量也不尽相同。测算典型功能区域内光伏最大安装容量，与区域总占地面积做比，得到该功能区域发电功率密度，其计算公式为

式中：Upv为功能区光伏发电功率密度；S：为功能区占地面积；σ，为屋顶光伏功率密度；S1为建筑物楼面面积；σ。为侧墙光伏功率密度；S。为建筑物侧墙面积。

通过测算．不同类型功能区分布式光伏发电功率密度如表1所示。

2.2 典型功能区域负荷密度

根据不同类型建筑负荷的典型负荷指标，计算各类功能区域的最大负荷，与区域总占地面积做比，得到“功能区域负荷密度”，其典型功能区最大负荷功率密度为

式中：σ，为功能区最大负荷功率密度；S。，为功能区建筑面积；σ。为单位面积负荷；6为负荷同时系数。

通过测算，不同类型功能区最大负荷功率密度如表2所示。

2.3光伏发电及负荷对比分析

根据某地夏季居民、商业、办公建筑负荷曲线及其光伏发电情况，得到其光伏发电曲线及负荷曲线，图1为居民住宅光伏发电与日负荷曲线。图2为商业、办公功能区域光伏发电与日负荷曲线。

利用公式(1)，分别计算居民住宅（普通、高层）、商业和办公功能区光伏最大盈余发用比指标，计算结果如表3所示。

根据上表测算结果，对于商业和办公功能区，其光伏最大盈余发用比小于0．光伏发电可完全消纳：对于高层居民住宅，其光伏最大盈余发用比位于0~1.2．存在光伏发电功率反送情况，部分剩余电力返送：对于普通居民住宅，其光伏最大盈余发用比最高，光伏发电功率大量反送到电网。

3配电网改造分析

根据2.3节分析结果，不安装分布式光伏时，配电网按照预测负荷的最大值选择配电容量和线路截面。在安装分布式光伏情况下，可以通过光伏最大盈余发用比判断光伏发电向系统返送的情况．进而近似分析配电网改造工作量，详细改造工作量可结合实际工程具体情况进行计算和分析。近似分析结果如下。

(1)光伏最大盈余发用比<0：光伏发电功率完全白发自用，不出现逆向的潮流。

(2)0<光伏最大盈余发用比<1：光伏发电功率部分时段向系统返送．但逆向潮流不大于最大负荷。

(3)1<光伏最大盈余发用比<2：光伏发电功率部分时段大量送出．逆向潮流绝对值大于最大正向潮流。对已建成电网，如为单辐射供电模式，会出现网络阻塞，必须进行增容改造；如为双辐射供电模式，电网裕度略大，但仍需要进行局部改造。

(4)光伏最大盈余发用比>2:光伏发电返送功率远远大于正常负荷。对已建成电网，网络阻塞较为严重，必须进行大规模增容改造。

对于安装分布式光伏发电的新建配电网，当光伏最大盈余发用比小于1时，配电网可按照用电负荷测算进行建设：当光伏最大盈余发用比大于1时，配电网应按照分布式光伏发电最大功率进行建设。

针对不同的光伏最大盈余发用比和配电网改造需求，进一步进行配电网改造定量分析，以某地区典型普通居民住宅为例，对实际项目安装分布式光伏发电的情况进行测算，假设该居民区初始配电网投资规模中，对于单辐射网络，假设配电室投资为900万元，线路投资1 600万元；对于双辐射网络，假设配电室投资为1 600万元，线路投资2 500万元。

当最大盈余发用比u为1.5时，对于单辐射和双辐射分别计算光伏最大盈余负载率、配电网改造工作量及投资规模。如表4所示。