［摘 要］近年來，分布式光伏并網(wǎng)的容量迅猛增長，多地出現(xiàn)消納預(yù)警，即配電網(wǎng)無法消納過多的光伏發(fā)電。為了配合南方電網(wǎng)公司，以分布式電源“應(yīng)并盡并、全額消納”為目標(biāo)，分析了常見的3 種新能源消納能力評估方法，為供電部門規(guī)劃人員針對現(xiàn)有的配電網(wǎng)指標(biāo)參數(shù)，快速判斷該地區(qū)消納情況提供理論支持。

［關(guān)鍵詞］分布式光伏；評估方法；指標(biāo)參數(shù)；電網(wǎng)規(guī)劃

［中圖分類號］TM615 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0047–03

隨著大量分布式光伏接入配電網(wǎng)，傳統(tǒng)上以單點供能為主的輻射型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正向多點互補的供電模式轉(zhuǎn)變。分布式光伏的發(fā)電量受天氣影響大，出力波動性與用電需求的不確定性并存，會導(dǎo)致分布式光伏余電上網(wǎng)，導(dǎo)致線路末端電壓偏高、電能質(zhì)量不合格等一系列問題。

深入研究分布式光伏接入配電網(wǎng)的運行狀態(tài)，提出一種便于評估分布式光伏高滲透率下的配電網(wǎng)的消納情況，不僅是理論研究的重要方向，也具有迫切的現(xiàn)實意義。

1 基于配電線路拓?fù)涞碾姶艜簯B(tài)仿真建模方法

1.1 基本原理

目前常見電磁暫態(tài)仿真軟件主要包括PSCAD/EMTDC、PSS/E、ETAP、MATPOWER、PSSE、ATP–EMTP 等。這些軟件各有特點，適用于不同的電力系統(tǒng)仿真需求。

電磁暫態(tài)仿真主要流程為：對配電線路進行詳細(xì)建?！O(shè)置仿真參數(shù)，包括設(shè)置仿真的起始和結(jié)束時間、步長等基本參數(shù)→定義故障和操作，根據(jù)仿真目的，定義系統(tǒng)中的故障和操作，如線路短路、開關(guān)操作等→進行仿真。

1.2 基本參數(shù)需求

電磁暫態(tài)仿真建模需收集電網(wǎng)一次接線圖、變電站等值阻抗圖、主干及分支線容量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時，需獲取發(fā)電機、變壓器、線路及負(fù)荷的技術(shù)參數(shù)，以及配電網(wǎng)的調(diào)度策略和歷史運行數(shù)據(jù)。

1.3 計算精度及適用范圍

電磁暫態(tài)仿真通過精確的模型和算法來模擬電力系統(tǒng)在短時間內(nèi)的動態(tài)行為，其計算精度主要受到模型準(zhǔn)確性、數(shù)值方法、時間步長及數(shù)據(jù)精度等因素的影響。電磁暫態(tài)仿真可準(zhǔn)確模擬分布式電源、儲能及電力電子裝置的復(fù)雜動靜態(tài)特性，獲取經(jīng)電力電子變流器并網(wǎng)的分布式電源不同故障特性的準(zhǔn)確的故障電流與電壓特征，但輸入的數(shù)據(jù)量龐大，電網(wǎng)數(shù)據(jù)收集和處理難度較大。

2 基于配電線路特征參數(shù)的簡化潮流計算方法

2.1 基本原理

在常見的潮流計算方法中，考慮到前推回代法的迭代次數(shù)通常較少，收斂速度快，且易于實現(xiàn)和理解，因此選取前推回代法。前推回代法通過兩次順序過程“前推”與“回代”來確定網(wǎng)絡(luò)中的電壓和功率分布，是實時監(jiān)控和快速評估配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化的理想工具。

2.2 基本參數(shù)需求

前推回代法的基本參數(shù)需求包括以下方面：①明確配電網(wǎng)的一次接線，包括線路、變壓器特性及連接方式。②收集線路規(guī)格型號，計算電阻、電抗、電納參數(shù)，界定各節(jié)點角色。③明確分布式光伏的接入的初始電壓假設(shè)和系統(tǒng)運行邊界條件，前推階段依電源至負(fù)荷方向估算電壓降落，回代階段則反之，計算電流及必要功率調(diào)整，直至全網(wǎng)實現(xiàn)功率平衡與電壓穩(wěn)定。通過迭代以上步驟，前推回代法能有效進行輻射型配電網(wǎng)絡(luò)的實時分析，確保計算高效且資源需求低2.3 計算精度及適用范圍。前推回代法適用于具有明確功率注入點和負(fù)荷消耗點，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為清晰的配電網(wǎng)系統(tǒng)。其在實時監(jiān)控、故障快速定位及簡單配電網(wǎng)絡(luò)的日常管理中展現(xiàn)出良好的實用價值。但對于包含大量閉環(huán)或復(fù)雜互聯(lián)系統(tǒng)的高壓輸電網(wǎng)，由于這些網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點間耦合緊密，相互影響大，前推回代法可能需要配合其他高級算法或進行適當(dāng)調(diào)整，以提高計算精度和處理能力。

3 基于整體配電網(wǎng)指標(biāo)參數(shù)的估算方法

3.1 基本原理

在供電部門，日常運行數(shù)據(jù)一般為主干線長度、規(guī)格型號、供電半徑、接線模式、線路裝接配變總?cè)萘俊⑴_數(shù)、負(fù)載情況等指標(biāo)參數(shù)。這些數(shù)據(jù)每年滾動更新，成本供電部門日常接觸到的最基本、最廣泛的數(shù)據(jù)。

基于整體配電網(wǎng)的指標(biāo)參數(shù)的估算方法主要校核其線路變壓器總?cè)萘俊⑤旊娋€路線徑、分布式光伏接入位置，并根據(jù)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置約束條件，通過約束條件計算消納容量。其中，變壓器和線路的約束可以通過供電部門直接導(dǎo)出的運行臺賬查出，電壓、電流的約束可以通過負(fù)荷變化、線路規(guī)格計算。

3.2 基本參數(shù)需求

（1）熱穩(wěn)定校核。根據(jù)DL/T 2041—2019《分布式電源接入電網(wǎng)承載力評估導(dǎo)則》的規(guī)范要求，本項目熱穩(wěn)定評估以電網(wǎng)輸變電設(shè)備熱穩(wěn)定不越限為原則。反向負(fù)載率指的是從低電壓等級向高電壓等級電網(wǎng)輸送的功率與該輸變電設(shè)備運行限值的比值。

反向負(fù)載率的計算公式如下。

式中，Pd為分布式光伏最大功率；Pl為同時刻負(fù)荷（一般情況選取7—8月用電高峰期），即剩余無法消納的出力；Pe為變壓器或線路的運行限制（一般按80%計算）。熱穩(wěn)定計算取評估周期最大值為評估指標(biāo)λmax。

（2）短路電流。短路電流的目的是評估設(shè)備選型的重要依據(jù)。短路電流應(yīng)按式（2）校核。

Ixzlt;Im （ 2）

式中，Ixz為配電網(wǎng)饋線短路電流，Im為允許的設(shè)備短路電流限值。為了使設(shè)備能正常遮斷短路電流，應(yīng)取饋線和饋線設(shè)備終開斷電流的最小值。目前中壓配電網(wǎng)中，短路電流限制一般在25 kA。

（3）電壓偏差。電壓偏差計算公式為：

式中，um為實際電壓，un為該配電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)饋線的額定電壓。根據(jù)電能質(zhì)量要求，中壓及低壓電壓偏差為±7%。

（4）線損率。新能源大規(guī)模并網(wǎng)對節(jié)約電能具有直接意義，但其并網(wǎng)會改變電網(wǎng)中原有的電流分布。

中壓線損率的計算公式如下：

式中，Δploss%為10 kV分線線損率，K為線路供電量，P為線路售電量。

根據(jù)南方電網(wǎng)公司2020 年發(fā)布的Q/CSG1201023—2020《110 千伏及以下配電網(wǎng)規(guī)劃技術(shù)指導(dǎo)原則》，線損率與供電區(qū)規(guī)劃及電壓等級相關(guān)，可根據(jù)區(qū)域具體情況設(shè)定不同的線損率限值。

3.3 計算精度及適用范圍

考慮了電壓不越限、熱穩(wěn)定、短路電流等約束指標(biāo)，綜合考慮滿足所有指標(biāo)限值要求，而且該方法無需復(fù)雜的建模及優(yōu)化求解過程，只需收集配電指標(biāo)參數(shù)即可，而這些指標(biāo)參數(shù)一般直接從運行平臺直接導(dǎo)出，獲取簡單，評估方法簡單實用。

4 評估方法比較與分析

以佛山順德區(qū)某中壓配電網(wǎng)線路為例，采用PowerFactory 軟件對上述3 種評估方法進行驗證。

4.1 算例說明

佛山順德區(qū)某中壓配電網(wǎng)線路結(jié)構(gòu)如圖1 所示，本算例選取11、20、34 節(jié)點作為新能源并網(wǎng)點。

為了簡化分析過程，選取有40 個節(jié)點的線路并編號。其中電源點為110 kV 變電站，上級電源為220 kV 變電站，將上級電源視作無窮大系統(tǒng)，節(jié)點1與2 為110 kV 變電站，其電壓不變，其他為負(fù)荷節(jié)點，PV 節(jié)點為分布式光伏節(jié)點。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)

電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)顯示（表1），該系統(tǒng)首段電壓為10.46 kV，總負(fù)荷為11 000 kW+3 200 kvar，分布式光伏的年發(fā)電小時數(shù)為1 100 h，線路最大輸送容量為8 MVA。

4.3 消納能力計算

對各個新能源接入點的最大接入容量進行計算，將上面所提的消納能力計算方法分別從輸入量、計算過程、計算結(jié)果這3 個方面進行對比，見表2。

綜合對比3 種情況來看，可得出以下結(jié)論：①基于配電線路拓?fù)涞碾姶艜簯B(tài)仿真建模方法適用于輸電網(wǎng)、微電網(wǎng)等復(fù)雜電網(wǎng)計算，計算精度高，但需要電網(wǎng)詳細(xì)的設(shè)備、運行、結(jié)構(gòu)等拓?fù)鋮?shù)，參數(shù)的準(zhǔn)確性對結(jié)果影響較大。②前推回代法的迭代次數(shù)通常較少，收斂速度快，且易于實現(xiàn)和理解，是實時監(jiān)控和快速評估配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化的理想工具；缺點是對于復(fù)雜的配電線路，計算量較大。③基于整體配電網(wǎng)的指標(biāo)參數(shù)的估算方法的優(yōu)點是運行數(shù)據(jù)獲取簡單，只有電壓、熱穩(wěn)定、短路電流、線路損4 個約束參數(shù)，缺點是精度較低。

5 結(jié)束語

本研究結(jié)合3種常見的新能源消納能力評估方法，對其方法的基本原理、基本參數(shù)需求、計算精度及適用范圍分別展開分析，選取佛山順德區(qū)某中壓配電網(wǎng)系統(tǒng)進行新能源消納評估，并將3 種方法進行比較，驗證指標(biāo)參數(shù)分析模型的可行性與有效性。通過比較分析出3 種評估方法的優(yōu)缺點，指出基于整體配電網(wǎng)指標(biāo)參數(shù)的估算方法適用于供電部門規(guī)劃人員評估該地區(qū)新能源消納效果。

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