综合能源培训·分布式光伏对电网安全稳定的影响及研究

光美安全工作室实训基地

分布式

光伏

电网

评估

电压

校核

承载力

谐波

等级

短路

2.1 工作思路

为贯彻落实国调中心《关于印发2020年水电及新能源专业重点工作通知》（国调传文〔2020〕20号）文件精神，确保电网安全稳定运行，加深对分布式电源行业政策、并网情况、电网影响、技术现状的了解，以《分布式电源接入电网承载力评估导则》行业标准为依据，在本省开展分布式光伏的电网承载力常态化测算，最终形成2021年度评估报告，报请政府相关部门备案，主动沟通并推动政府建立以电网承载力指标管控分布式光伏规模布局的工作机制，实行“先到先得”，引导分布式光伏均衡有序发展。

2.2 基本原则

（1）评估应以保障电网安全稳定运行和促进分布式光伏健康有序发展为前提，为分布式光伏和电网规划、设计、建设、运行提供依据。

（2）评估应基于电力系统现状和规划，遵循“分区分层”原则，从总体到局部、从高压到低压，按供电区域和电压等级开展。

（3）评估宜与电网年度方式分析、电网规划同步周期性开展，并结合电网结构、用电负荷及电源变化适当调整评估周期，对于承载力较弱的区域应缩短评估周期。

（4）评估范围应包括分布式光伏消纳范围内的各电压等级电网，评估对象应包括相应的输变电设备。

（5）评估应开展热稳定计算，在此基础上进行电压偏差、短路电流、谐波等校核，确定供电区域内的承载等级和可新增分布式光伏容量。

（6）评估流程应按数据准备、计算分析、等级划分、措施建议顺序依次开展。

（7）可根据电网的实际运行情况，开展分布式光伏对电网动态稳定、暂态稳定影响的专题分析和储能对电网影响的专题分析。

2.3 分布式光伏承载力测算方法

2.3.1   前期准备工作

分布式光伏接入电网的承载力评估应以分布式光伏并网数据、分布式光伏并网性能数据、电网设备参数、电网安全运行边界数据等为基础开展评估，并充分考虑在建及已批复电源和电网项目。评估数据应来源于历史运行数据、运行设备参数、电网实测数据、电网和电源的建设规划数据，并充分考虑地理位置、电网结构、运行方式、负荷类型、负荷水平、时间尺度等因素。

（1）电网数据

a.电网一次接线图、电网等值阻抗图、各级母线短路容量表。

（2）设备数据

a.电网设备参数，运行限值等。

b.电源特性数据：电源名称、机组台数、机组类型（同步电机、异步电机或变流器）、发电机组额定功率、视在功率、机组装机容量、理论发电量、机组功率因数调节范围等。

（3）运行数据

a.运行方式数据：包括电网和电源正常运行方式数据。

b.电网运行数据：评估周期内各种电源出力、电网负荷、断面潮流、母线电压等历史数据。

c.电网各节点谐波电流、间谐波电压含有率实测值。

表1  分布式光伏承载力测算基础数据需求表

2.3．2 测算方法

（1）热稳定评估

热稳定评估指基于变压器、线路的历史负载时序，以变压器或线路热稳定不越限为原则，评估分布式光伏可新增容量裕度。首先，计算历史各时刻点变压器和线路的反向负载率，时刻的反向负载率λ(t)，按以下公式计算：

(1)

式中， 为变压器或线路供电范围内分布式光伏t时刻的出力； 为分布式光伏以外其他电源时刻出力； 为时刻用电负荷； 为时刻变压器或线路的下网功率，t的时间分辨率通常为15min； 为变压器或线路实际运行限值。

接着，评估变压器或线路供电范围内可新增分布式光伏容量 ，按以下公式计算：

(2)

式中， 为裕度系数， 。

（2）短路电流校核

短路电流校核以分布式光伏接入前后，系统各级母线短路电流均不超过短路电流限值为原则，分布式光伏接入前，按以下公式校核：

(3)

待校核容量（ ）的分布式光伏接入后，按以下公式校核：

(4)

式中， 为系统最大运行方式下，母线短路电流现状值，可按母线大方式短路容量来确定； 为各级母线额定电压，分布式光伏产生的短路电流通常不超过其额定电流的1.5倍； 为允许的短路电流限值，应选取与母线联接的相应断路器开断电流限值的最小值，电力行业标准《配电网规划设计技术导则》也对各级母线短路电流水平进行了规定。

（3）电压偏差校核

电压偏差校核以无功功率就地平衡和分布式光伏接入前后电网电压不越限为原则，待校核容量（ ）的分布式光伏接入后导致的各级母线电压偏差按以下公式计算：

(5)

式中： 为各级母线额定电压； 分别为分布式光伏注入的有功功率和无功功率增量； 分别为电网阻抗的电阻和电抗分量；在高压电网中，一般 ，可忽略电网电阻分量，则：

(6)

式中： 为母线小方式短路容量；国标《分布式电源并网技术要求》规定分布式光伏功率因素调节范围为0.98（超前）～0.98（滞后），可据此估算无功注入量 的正负最大值。

根据评估周期内各级母线电压时序和国家标准《电能质量 供电电压偏差》规定的电压偏差限值，估算分布式光伏接入导致的正负电压偏差允许值和。 然后，按以下公式校核：

(7)

式中： 为按公式(6)计算得出的正负电压偏差极值。

（4）谐波校核

谐波校核以系统中分布式光伏接入电网节点谐波电流值、间谐波电压含有率不越限为原则。校核对象包括分布式光伏提供的谐波电流和间谐波电压有可能影响的所有节点。

谐波电流按以下公式校核：

(8)

式中： 为电网节点第h次谐波电流实测值； 为注入各电压等级电网节点的第h次谐波电流允许值，按国家标准《电能质量 公用电网谐波》的规定选取。

间谐波电压含有率按以下公式校核：

(9)

式中： 为电网节点 次间谐波电压含有率实测值； 为各电压等级下 次间谐波电压含有率限值，按国家标准《电能质量 公用电网间谐波》的规定选取。

2.3.3  评估流程

分布式光伏承载力评估流程如图1所示，描述如下：

Step 1：明确待评估区域电网范围，画出待评估区域电网拓扑图。一般来说，评估范围以单台220千伏变压器的供电区域划分，评估对象包括该区域内所有35千伏~220千伏等级的变压器、35千伏~110千伏等级的线路、10千伏~220千伏等级的母线。

图1  分布式光伏接入电网承载力评估流程图

Step 2：按照表1所列数据需求进行数据收集，判断待评估区域是否发生分布式光伏向220千伏及以上电网反送电，即该区域分布式光伏总出力是否大于用电负荷，若反送则该评估区域各电压等级分布式光伏承载力等级为红色。

Step 3：按照电压等级从高至低分层进行评估。基于搜集的系统数据、设备参数、运行数据，统计当前层级各母线短路电流、电压偏差的现状值和谐波实测值，并参照各项限值进行校核，若校核不通过，则该电压等级及以下区域电网的分布式光伏承载力等级为红色。

Step 4：在待评估区域电网正常运行方式下，按照公式（1）、公式（2）开展热稳定评估，确定当前层级变压器和线路的反向负载率及可新增分布式光伏容量。统计评估周期内的反向负载率的最大值 ，若 ＞80%，则该电压等级及以下区域电网的分布式光伏承载力等级为红色。

Step 5：根据Step 4得出的可新增分布式光伏容量，按照公式（4）~（7）计算并校核短路电流和电压偏差。

Step 6：若Step 5校核不通过，逐步降低可新增分布式光伏的容量，重复Step 5，直到校核通过，通过校核的容量即为待评估电网当前层级的分布式光伏承载力。

Step 7：完成当前电压等级电网的测算后，依据拓扑联接关系，将测算结果与上一电压等级的进行比较，取两者间较小值作为本级评估结果。然后，逐渐降低电压等级，重复Step 3~6，直至完成待评估电网所有电压等级的测算。

Step 8：汇总各级测算结果，按表2所示原则，划分待评估电网分布式光伏承载力等级，列出各级母线的分布式光伏承载力裕度，最终依据电网拓扑绘制该区域的分布式光伏承载力结果图。 

表2  分布式光伏承载力评估等级划分依据

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