面向四可要求的分布式光伏发展策略与实践

面向” 四可”要求的分布 式光伏 发展策略与实践 葛雪峰 国网江苏电科院 配电网技术中心汇报提纲 Contents 01 / 发展背景 02 / 影响分析 03 / 相关思考3 1. 发展背景 “十四五”规划提出：“加快构建清洁低碳、安全高效的能源体系，加快建设能源强国“ “二十大”报告强调：“深入推进能源革命”“加快规划建设新型能源体系”4 1. 发展背景 2023年，江苏分布 式光伏 月增达 百万千 瓦，电 动汽车 月增超5 万辆 。汇报提纲 Contents 01 / 发展背景 02 / 影响分析 03 / 相关思考01 并网消纳 02 03 04 05 06 高比例分布式能源接入带 来挑战 运行监测 调度运行 保护控制 效率效益 供电质量海量分布式资源接入，县域、区域、 线路、 台区能 接多少 ？要接 多少？ 扬中光明村6#变，光伏渗透率为135%， 倒送负载率80% 7 2. 影响分析—— 并网消纳8 2. 影响分析—— 并网消纳 *10kV线路架空线型号JKLYJ-240，典型阻抗为0.1600+j0.281Ω/km *10kV线路架空线型号JKLYJ-150，典型阻抗为0.2637+j0.296Ω/km *220V线路架空线型号JKLYJ-120，典型阻抗为0.3238+j0.303Ω/km 线路电压偏差： 参照DL/T 5729-2016《 配电网规划设计技术导则》 ， 按照典型C 类供电区域线缆及供电 半径要求进行仿真计算。 RP XQ XP RQ Uj UU +− ∆= +  中低压线路阻性特征明显，分布式光伏有功倒送为电压抬升主要因素。  10kV线路每倒送1MVA，240mm 2 架空线抬升18.7 V/km； 150mm2架空线抬升22.88 V/km；  220V线路每倒送10kVA，120mm2架空线每500m抬升10.08 V。分布式光伏点多面广， 精准实时监测实现难度大、 成本高 ， 光伏大量接入加剧了电源侧 平衡调节的不确定性，对配电网格、 供电单 元的经 济运行 带来挑 战。 9 2. 影响分析—— 运行监测 配电网格划分 光伏规模化接入监测困难新能源出力强不确定性使得电网供需平衡难度增加 ， 尤其是光伏“ 昼发夜停” ， 导致系统净负荷 低谷出现在午间，对常规机组开机方 式安排 难度增 加，造 成电网 保消纳 与保供 应矛盾 凸显。 10 2. 影响分析—— 调度交易 鸭子曲线（Duck curve ） 分布式电源的随机性、波动性影响发用电平衡11 助增作用/ 反向电流 外汲作用 10kV相邻线路故障，分布式电源提供的反向 故障电 流可能 超过出线开关过流III段保护定值;出线1上故障电流增加，出 线保护范围增加。 出线2 分段1 PV 分界1 系统 出线1 A B C Load 分布式电源并网点上游10kV线路流过的短路电流减小， 出线开关过流III段保护范围减小， 保护灵 敏度降 低。 分布式 新能 源接入 配网 后影响 现有 配网故 障电 流分布 ， 产 生助增 作用 、 外汲 作用 以及反 向 故 障 电流等现象，极端情况下可能导致保 护的误 动或拒 动。 2. 影响分析—— 保护控制 出线2 分段1 PV 分界1 1 f 1 f12 2. 影响分析—— 保护控制 “2 0 1 9 · 8 · 9 ” 大停电频率响应 曲线 英国大停电事故， 故障后1s 内 ， 分布式电源 由于频率变化率超过设备保护定值 （0.125Hz/s ） ， 系统损失500MW 分布式 电源。 大规模分布式电源接入给 全网电 力电量 平衡带 来挑战 。13 2. 影响分析—— 保护控制南桥 华新 安 吉 龙泉 宜都 枫泾 向家坝 奉贤 政平 苏州 溪洛渡 锦屏 泰州 东吴 兰江 莲都 榕城 绍兴 练塘 芜 湖 泰州 盱 眙 淮安 金华 灵州 晋北 锡盟 葛洲坝 团林 淮 南 昌吉 故 障发生 21 时57分59 秒 频 率最低 21 时58分13 秒 14 秒 1 分 5 分34秒 一 次调频 动 作完成 21 时59分 频 率恢复 22 时3 分37 秒 2015 年9 月19 日21 时57 分 ， 锦苏特 高压 直流因 送端雷 击导致 双极闭锁， 华东电网频率短时间内下降到 49.563Hz。 华东电网 14 2. 影响分析—— 保护控制分布式光伏可消纳容量受限于线路载流量、 配变容量、 电能质量等因素 ， 大量户用单相逆变 器接入， 导致台区三相不平衡问题更加严重；在配网末端， 还引起电压波动和越限问题频发。 15 2. 影响分析—— 供电质量 参照DL/T 5729-2016《配电网规划设计技术导则》，按照典型C类 供电区域长度：5km；线径：240mm 2 ；首端电压：10.5kV） 1 km 2 km 3 km 4 km 5 km 10% 5.24% 5.42% 5.56% 5.64% 5.67% 20% 5.48% 5.85% 6.12% 6.28% 6.35% 30% 5.71% 6.27% 6.68% 6.93% 6.99% 40% 5.95% 6.70% 7.24% 7.57% 7.69% 50% 6.19% 7.12% 7.79% 8.21% 8.36% 60% 6.43% 7.55% 8.35% 8.85% 9.04% 70% 6.67% 7.97% 8.91% 9.49% 9.71% 80% 6.90% 8.39% 9.47% 10.13% 10.38% 90% 7.14% 8.82% 10.03% 10.78% 11.05% 100% 7.38% 9.24% 10.59% 11.42% 11.73% 倒送功率占比 电压偏差 线路 距离 典型10kV 架空线路在变压器不 同倒送 功率下 各节点 电压偏 差表 单相光伏无序接入导致三相不平衡 光伏倒送导致电压越限 +7%漏电流汇集造成台区漏保动作 380/220V 10kV 台区 总漏电 流 总保 动作电 流 光伏 漏电流 户保 动作电 流 16 2. 影响分析—— 电能质量 光伏电池板阵列对地寄生电容大 ， 非隔离变流器开关动作产生高频共模电压激发漏电流 。 规模化并网后，漏电流汇集导致台区 漏保频 繁动作 。 光伏漏电流产生机理示意图汇报提纲 Contents 01 / 发展背景 02 / 影响分析 03 / 相关思考18 3. 应对措施—— 潜力评估 构建 全省分布式 光伏发展潜 力评估能力 ， 基于人工 智能算法测 算卫星图像 屋顶面积 ，以 台区 为单位实现“台区-网格-区县-地市-省域”分层 分区光 伏可开 发容量 测算。 图像获取与分类 屋顶面积识别 光伏测算与评估19 3. 应对措施—— 潜力评估 构建 全省分布式 光伏发展潜 力评估能力 ， 基于人工 智能算法测 算卫星图像 屋顶面积 ，以 台区 为单位实现“台区-网格-区县-地市-省域”分层 分区光 伏可开 发容量 测算。 江苏分布式光伏可安装潜力评估 光伏可安装潜力热力图分析20 开发配电 网 承载力在 线 仿真平台 ， 成功应用 于 江苏配网4.3 万余条中压 线路接入光 伏承载 力量化评估，可视化定位配网薄弱环 节，为 配电网 架改造 提供精 准诊断 工具。 仿真平台功能主界面 具有配网建模与潮流计算基本功能， 可实现光伏接 入后电压偏差 、电流越限、 配变超容、线 路损耗、反向 负载率等各项指标的评估，计算光伏最大可接入容量。 3. 应对措施—— 网架结构21 3. 应对措施—— 可观可测 研发基于聚合感知的分布式光伏观测系统， 实现了全省95 个 县 （ 市 、 区 ） 低压分布式光伏实时 出力的“分钟级”观测，可按省、市 、县三 级进行 低压分 布式光 伏整体 出力的 可视化 展示。 全类型光伏电站出力估算曲线 基准站模式22 3. 应对措施—— 可控可调 平衡基团是一个虚拟的市场基本单元， 在此单元中， 发电和用电量必须达到平衡 。 当单元内部 达不到自平衡时，必须买入或卖出电 量来保 持平衡 。平衡 基团承 担系统 的平衡 费用。 平衡基团的机制是德国电力市场设计 的核心 1）保证了电量可以像证券一样进 行交易 ； 2）保证了电网发电和用电的平衡 ，维护 电网稳 定。23 3. 应对措施—— 可控可调 光伏电站 电动汽车 风电站 可调控负 荷 储能电站 虚拟电厂 运行 平台 电力市场 传统发电 厂 配 电网 输 电网 调度机构 虚拟电 厂聚 合管理 多种 具有不 同输 出特性 、 不 同发电 成本 、 属于 不同 供应商 ，甚至不同地 理位置 的分布式电源，根据分时电价调整可 控负荷 （PV 、EV、BESS ）， 对电网 呈现虚 拟发电 特性。 去中心化 开放透明 安全性 智能合同 各DER分布分散、共同参与电网调度 各分布式电源协调互补 vpp之间、vpp与各用户之间 通过智能合同达成长期购电协议 区块链 虚拟电厂24 3. 应对措施—— 可控可调 微电网能源网关是微电网的可调能力代理技术， 将微电网内光、 储 、 充 、 用等设备聚合成标 准化的可调资源，统一接入实时调控 系统， 形成电 网的一 种重要 调控资 源。 能源智慧调控平台 调度SCADA 数据采集 无功控制 有功控制 . 配电SCADA 数据采集 自愈控制 馈线自动化 . 新型电力负荷控制系统 数据采集 全景监测 负荷控制 车桩控制 能源 网关 可调资源1 可调资源2 可调资源N 聚合+ 分解 微电网调节模型 对上统一建模 主站灵活接入 可调资源聚合 调控需求分解 运行信息采集 控制指令 微电网 数据协同  数据采集  北向协议选择 模型协同  南向数据统一建模  北向数据统一建模 资源协同  可调资源聚合  控制指令分解 光伏 楼宇空调 储能 充电桩 主站 能源网关 调节优先级 ： ① 调节优先级 ： ② 调节优先级 ： ③ 调节优先级 ： ④25 3. 应对措施—— 可控可调 江苏电科院园区试验场地共计21960 平方米， 具备丰富的微电网资源， 安装多种类型光伏 512.18kWp ，建成952kW 充换 电设施 ，50kW 数 字储能 系统及1.82MW 空调 。 资源聚合 指令下发 配电自动化主站系统 能源网关展示界面26 3. 应对措施—— 可控可调 构建主配微协同互动实证能力， 依托交直流真型试验平台， 构建分布式资源、 微能源网、 配 电自动化主站的全链路检测试验能力 ，支撑 公司主 配微协 同技术 路线实 证。 能源网关 104 4G 充电桩 光伏 逆变器 储能 逆变器 南京配电自动化主站 江苏电科院配电主站 测试系统 网线 104 104 4G+ 加密模块27 600 1.2 * = 100% 80% 1.5 600 1.5 × ×= = ×× 过负荷保护定值 接入容量 线路额定电流 相邻线路故障，光伏提供反向故障电 流 应对措施： 当线路接入分布式光伏容量超过该线 路额定 容量80% 时，变电站出线开 关过负 荷保护 可 增加方向判据，防止反向误动。 3. 应对措施—— 安全稳定 按照光伏逆变器故障后提供1.5pu 短路电流计算， 当分布式光伏并网容量超过线路额定容量 80% 时 ，相邻线路故 障，分布式 光伏 提供的 反向 故障电流可 能超过出线 开关 过负荷 保护 定值 。28 分布式光伏接入影响FA 研判和启动 3. 应对措施—— 安全稳定  情形一： 线 路上游故 障 ，终端下 游 光伏容量 超 过线路额 定 容量67% 时 ，光伏提 供 反向电流 ， 可能导致终端反向误告警， FA 研判故障区段错误。（终端告警定值：1.0In ）  情形二：由于光伏外汲作用，出线开 关过负 荷保护 可能拒 动，造 成FA 不启动 。 应对措施： 1）当终端下游光伏接入容量超线 路额定 容量67% 时， 宜调整 配电终 端过流 告警定 值； 2）针对外汲作用导致灵敏度下降 的问题 ，可通 过配电 线路分 级保护 解决。 10kV 母线 DG ~ 1 2 3 4 5 6 7 S1 S3 S5 S7 FA 研判的故障区域 实际故障点 反向故障电流终 端误 告警 导致FA 误判 （反向故障电流 导致S3 告警 ） PV 光伏外汲作用导 致过 负荷 保护拒 动，FA不启 动 PV1 PV2 PV329 分布式光伏接入影响重合闸成功率 3. 应对措施—— 安全稳定 电网故障后，分布式光伏脱网前持续 向故障 点提供 短路电 流（孤 岛下， 最长脱 网动作 时间2s ）， 影响瞬时性故障重合闸成功率。 *无分布式光伏接入时，出线开关重合闸时间一般取1.1s~1.4s。 应对措施： （1）系统侧：光伏接入容量大于 正常运 行方式 下该线 路最 小负荷时，调整出线开关重合闸时间 （2s ），确 保在分 布 式光伏脱网后出线开关重合； （2） 用户 侧：加强 对 用户分布 式 光伏防孤 岛 保护功能 验 收。 △ 110kV 主变 110kV 系统 10kV 母线 PV PV 重合闸时间 ：1.1s 防孤岛时间 ：2s T=0s △ 110kV 主变 110kV 系统 10kV 母线 PV PV 重合闸时间 ：1.1s 防孤岛时间 ：2s T=0.2s f △ 110kV 主变 110kV 系统 10kV 母线 PV 重合闸时间 ：1.1s 防孤岛时间 ：2s T=0.5s f PV △ 110kV 主变 110kV 系统 10kV 母线 PV PV 重合闸时间 ：1.1s 防孤岛时间 ：2s T=1.6s f △ 110kV 主变 110kV 系统 10kV 母线 PV PV 重合闸时间 ：1.1s 防孤岛时间 ：2s T=1.9s f 重合闸影响示意图针对大规模分布式新能源接入后系统惯量降低、 抗扰动能力变弱的问题， 开展虚拟同步机 技术研究， 提升逆变器对配电网电压支撑能力， 提高惯量与阻尼， 增加配网系统的稳定性 。 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 2 4 6 相位/rad 时间/s S N 同 步 发 电 机 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0 2 4 6 相位/rad 时间/s 锁 相 环 PLL 30 3. 应对措施—— 安全稳定31 3. 应对措施—— 配微协同 为提升分布式光伏就地消纳水平， 改善配网供电质量， 研制了中压环网柜式、 低压台架式 、 扩展 直流端口式等系列化柔性互联装置， 提升配 电线路 间、台 区间的 容量互 济、负 荷转供 能力。32 3. 应对措施—— 配微协同 - 32 - - 32 - 电网侧应用 用户侧应用 轻重载功率互济 负荷可靠供电 交直流微电网 园区光伏内部消纳 用户需量优化 储能低压侧接入33 3. 应对措施—— 供电质量 为提升分布式光伏就地消纳水平， 改善配网供电质量， 研制了中压环网柜式、 低压台架式 、 扩展 直流端口式等系列化柔性互联装置， 提升配 电线路 间、台 区间的 容量互 济、负 荷转供 能力。 中压环网柜式柔性互联 台架式低压柔性互联 扩展直流端口式光储充柔性互联系统34 3. 应对措施—— 主配协同仿真35 3. 应对措施—— 主配协同仿真36 工作展望 大量分布式 能源接入配网 碳交易与电力交易 相互耦合 用户需求响应 参与电网调节 储能应用 虚拟电厂 双碳政策引导下配电系统新形态变革加速， 配电系统作为区域资源优化配置平台， 对我国能源 供给与消费的低碳化转型起到关键支 撑作用 。37 工作展望汇报完毕，谢谢聆听！