周前 《基于分布式光伏聚合能力的配电网电压治理》

    第一，背景。

    根据国家能源局发布的“关于征求《分布式光伏发电项目管理暂行办法》修订意见的函”，分布式光伏发电系统是指在用户所在场地或附近建设运行，以用户侧自发自用为主、多余电量上网且在配电网系统平衡调节为特征的光伏发电设施。

    根据并网容量、电压层面可分为三类：第一类是35千伏电压等级接入，年自发自用大于50%；或10千伏电压等级接入且单个并网点总装机容量超过6兆瓦，年自发自用电量大于50%；第二类是10千伏以下电压等级接入，且单个并网点总容量不超过6兆瓦；第三类则是接入点为公共连接点，发电量全部上网。

    运营模式来说，分布式光伏的运营模式可分为全部自用、自用为主余电上网（上网电量不超过50%）、全额上网三种。

    政策导向对分布式光伏发展起到了关键作用。2020年9月，习近平总书记在联合国大会上提出实现“双碳”目标，2021年3月，中央财经委第九次会议提出了要构建以新能源为主体的新型电力系统。在去年2022年3月，中央一号文件发改委能源局发布了《“十四五”电力发展规划》，均强调要推动以光伏、风电、生物质发电等分布式新能源，开展就地的消纳，实现多元清洁能源创新发展。

    此外，国家能源局在2021年6月20日下发了开展整县屋顶分布式光伏开发试点的通知，对不同场所屋顶光伏做出细化标准，包括党政机关建筑比例不低于50%，学校等公共建筑比例不低于40%，工商业厂房屋顶不低于30%，农村居民屋顶不低于20%。江苏省积极响应，各个地方政府根据自身情况，纷纷出台了相关补贴鼓励政策。推动分布式光伏快速发展。目前，分布式光伏技术已经逐渐成熟，应用范围不断扩大，涵盖生活用电、工业用电、商业用电、农业用电等多个领域。这些分别是我省加油站、大型工厂、大厦侧面、居民区以及鱼塘等建设的分布式光伏，包括南通、盐城附近沿海风电的风光互补。

    第二，方案。

    首先要利用光伏进行调压，必须掌握分布式光伏接入后对配电网电压的影响特性。大规模分布式光伏入后，原有传统的配电网从无源网络转变为有源网络。配电网的运行模式发生了明显变化，电力流向从单向流动转变为双向流动，白天光伏大发的时候可能电力由下往上流动，到了夜里电力又从上往下。因此，电流双向变化将原有配电网的电压可控变成了电压失控状态。如图所示可以看到，在中午白天时间，光伏大发之后，电压超过了合格上限，超过了国标电能质量供电电压偏差的7%，造成了高电压。

    为了更深入了解光伏接入位置与接入容量对电压的影响，我们针对光伏接入配电网末端、中段、10千伏母线三种场景，研究了不同渗透率下光伏单点接入对配电网节点电压的影响。从仿真分析结果来看，电网电压的整体水平有所升高，特别是光伏接入点附近电压明显升高，加大了配电网的电压治理难度。

    基于以上研究结果，利用光伏并网逆变器的无功输出能力，我们提出了基于分布式光伏聚合能力的配电网电压治理技术。主要涉及数据交互、集群划分、聚合控制三个步骤。

    在数据交互方面，我们利用网络化通讯技术，必须要实时监测光伏的实时运行状态，包括发电功率、电压等等。我们的数据交互流程设计了四个层级：设备层、智能控制层、通信信息层、决策管理层。首先分布式光伏或储能的运行数据上传至聚合控制器，再经聚合云平台，通过安全服务器后送至聚合控制系统；由决策管理层进行优化计算，把指令下发到智能控制层，再通过设备层实现对分布式光伏的运营控制。

    在集群划分方面，根据电网的拓扑和分布式光伏接入的容量、接入的位置对分布式光伏聚合进行动态的划分。根据电气距离和功率平衡两个指标来进行划分。

    最后一步是聚合控制，从划分的建立模型，通过多目标优化模型算法求解，最后得到优化的电压控制目标，实现了这一套完整的控制流程，实现了对分布式光伏的优化控制。

    通过实地获取配网的实际数据并进行仿真分析，我们的控制策略可以有效改善电压越上限的现象，如图所示是聚合前和聚合控制优化后的电压曲线图。可以看到聚合后电压明显达到了合理范围，避免了越上限的情况。

    第三，展望。

    以后在配电网控制方面，有两方面的技术方向：（1）扩大聚合资源种类的数量和类型，包括此次大会提到的充电桩都是以后电网公司想要把它纳入统一协调控制的方向，能够把这些资源整合、聚合起来，相互协调，共同调整，达到稳定电压、电网水平运行的目标。（2）提升聚合控制优化目标。除了我们目前关注的电压外，我们还计划引入电压谐波畸变率、电网损耗、电网频率等关于配电网提升供电质量的优化目标，以进一步提升配电网的运行水平。

    最后我们希望通过这项研究和未来的努力，能够为配电网电压治理提供更有效的解决方案，提升电网的承载能力。同时也推动分布式光伏、储能、充电桩等方面的优化配电网运行技术。