国网山东电力创新探索并网低压分布式光伏运行管控

11月14日,山东电网分布式光伏发电量为6915.2万千瓦时,单日发电量同比增长5194万千瓦时,增幅248.9%。今年1月至10月,山东电网新增分布式光伏客户超过16万户,日均并网600户。

截至10月底,山东全省分布式光伏用户达到66.8万户,较2020年年底增长33.6%;各类光伏并网总装机容量2896万千瓦,居全国第一。

随着分布式光伏的快速增长,目前山东配电网已有40%以上的公用变压器接有分布式光伏。传统的无源配电网开始变为有源配电网,分布式光伏在为广大居民带来收益的同时,也给电网安全运行带来了考验。

近年来,国网山东省电力公司正以台区融合终端和供电服务指挥系统为支撑,规模化推进对全省分布式光伏电站的可观、可测、可控,从而确保人身安全、设备安全和供电质量。

今年6月,国家电网有限公司配电能源互联网技术支持中心在国网山东电力挂牌成立。早在分布式光伏起步发展时,国网山东电力就启动了关于低压分布式光伏对配电网影响的研究。

国网山东电力设备管理部主任李猷民介绍,低压分布式光伏并网后,配电网潮流就会由单向向双向转变。这种变化发生后,配电网承载能力的分析计算缺乏统一的方法和标准,规划理念和方法就需要调整。

大量电力电子装置注入高频谐波,光伏超发电压越限,集中连片开发造成反向重过载,对台区供电质量造成较大影响。数据显示,今年1至10月份,山东全省因分布式光伏原因造成的短时过电压客户达23.14万户(已治理21.02万户)。同时,分布式光伏发电大规模消纳也需要在更大范围内统筹,以实现供需平衡。

如果越来越多的分布式光伏处于盲调状态,必然影响负荷预测和潮流调配,使调度人员无法精准制订和实施消纳调峰措施。这就要求对规模化分布式光伏实现可观、可测、可控。

“今年2月13日(农历大年初一),山东全省负荷因春节假期跌至3247.8万千瓦(山东冬季日均负荷约为7500万千瓦),全省10千伏及以上并网光伏全部停运,火电机组深度调峰,调用6台机组滑参数运行,在穷尽调峰手段的情况下才保障了电力平衡。”山东电力调度控制中心主任王勇说。

大量分布式光伏并网后,台区可能存在局部“孤岛”运行的情形。在运维检修过程中,作业人员识别、隔离分布式电源的难度提高。作业人员不仅将面临人身安全风险,还需要在检修过程中逐一断开并核查逆变器,导致停电检修时间增加。

大量分布式光伏接入电网后,造成台区、变电站反向供电。在情况最为典型的蒙阴县,午间分布式光伏出力超过全县负荷的情况在2020年就出现过193天。截至今年10月底,蒙阴县光伏发电日均最大功率达到31万千瓦,蒙阴县最大用电负荷27万千瓦,长期处于“整县倒送”状态,影响电网安全稳定运行。

今年年初,国网设备部安排国网山东电力牵头分布式电源并网监测试点工作。该公司设备管理部明确“定标准、强监控、治存量、控增量”工作措施,从探索安全可靠接入方式入手,全面开展并网低压分布式光伏运行管控工作。

在6月10日至11日于济南召开的公司供电所配电专业管理及台区融合终端应用工作推进会上,国网山东电力向来自21家省级电力公司的运检和营销专业与会人员展示了分布式光伏接入电网的典型方案。

“在前期大量试点的基础上,我们按照‘保消纳、保安全、保供电’原则,专门编制了《低压分布式光伏安全接入指导意见(试行)》,明确了低压分布式光伏接入电网的方案。”国网山东电力设备管理部副主任文艳说。

典型方案共有三种。前两种属于常规方式,即“公用公变接入”和“专用公变接入”,也是目前低压分布式光伏并网的主要方式。

“公用公变接入”指低压分布式光伏与其他供电客户接入同一公用变压器。部分光伏接入点周边客户出现过电压时,对靠近台区末端、容量较大的低压分布式光伏接入方式进行改造,将其并网点前移,采用接入低压干线(分支箱)或配变低压母线措施,使低压分布式光伏有功潮流先向上汇流再进行分流,缓解因末端低压分布式光伏潮流反送导致的周边客户过电压问题。

“专用公变接入”则是对单个或多个台区内的全部低压分布式光伏或部分大容量低压分布式光伏进行改造,集中汇流后,通过专门的升压变压器接入10千伏配电网。传统配电供电台区与低压分布式光伏台区独立运行,实现低压分布式光伏在中压配电网的平衡消纳,从根本上解决现有含高渗透分布式光伏台区客户过电压和配变反送重过载等问题。

路径与前两种完全不同,第三种方案“柔直接入”是应用低压柔直技术,对两个及以上台区进行柔性互联,实现不同台区间的功率转供,主要解决由于负荷差异造成的台区负载率不平衡以及分布式能源最大化就地消纳问题。基于台区低压柔直互联,供电企业可在配电台区建设直流配电线路,实现低压分布式光伏、储能装置、直流源式直流充电桩“即插即用”接入。

“应用目前三种接入方案的同时,我们还将积极参与公司更多的分布式光伏接入典型设计研究,明确光伏并网设计标准、装置技术标准、接入验收工作标准,确保增量光伏规范接入。”山东电科院配电技术中心主任李立生说。

安全可靠的并网只是第一步,要破解分布式光伏快速发展给电网带来的难题,还需要迈过人身安全、设备安全、供电质量这“三道坎”。

“面对‘三道坎’,我们的台区融合终端和供电服务指挥系统发挥了巨大作用。”国网山东电力设备管理部配电处处长孟海磊说,“高覆盖率的台区融合终端和功能日趋完善的供电服务指挥系统,外加我们在国网设备部指导下与中国电科院共同研发的光伏并网分界开关,为应对分布式光伏带来的挑战打下了坚实基础。”

今年3月,国网山东电力在淄博全市和临沂市蒙阴县、枣庄市峄城区开展光伏并网分界开关集中示范应用。

“如果说台区智能融合终端是光伏台区的‘大脑’,那么光伏开关就是感知单个客户状态的‘神经末梢’。”淄博供电公司运检部主任刘兴华说。

分布式光伏运行带来的人身安全隐患是指反送电问题。在分布式光伏发展早期,光伏逆变器品牌众多,质量参差不齐,有的未配置防孤岛保护装置、有的未定期检修,运行极不可靠。在作业人员开展配电台区检修前,为避免反送电风险就需逐一核实客户并网开关位置,耗时费力。

光伏分界开关的安装应用,可以在配电网与作业人员之间建立一道“安全防线”。当台区停电时,光伏分界开关通过防孤岛功能自动分闸。开关变位信息通过台区融合终端实时上传到供电服务指挥系统,大幅减少现场工作量,保障作业人员人身安全。

“目前,在我们供电服务指挥系统的光伏管控模块中,已经可以实时看到应跳开开关数量和已跳开开关数量,并能以台区为单位查看具体信息,也可以在台区线路图中清晰地看到光伏开关的分合状态。如果发现该跳未跳的开关,系统将及时提醒检修人员进行现场操作。现场人员也可以通过‘i配网’手机应用掌握全部开关状态。”国网山东电力设备部配电处五级职员房牧介绍。

在山东全省配电网已经有40%以上的公用变压器接带分布式光伏客户的情况下,反向重过载带来的设备安全隐患是另一个难题。

这个难题同样可以通过台区融合终端的深度应用来解决。以蒙阴县为例,公司在该县开展台区融合终端实用化应用示范区建设,用2个月完成2576台台区融合终端、10070个光伏分界开关的安装。该县实现光伏台区融合终端全覆盖,并在全省率先完成整县光伏分界开关全覆盖,实现全县光伏并网运行情况的全感知。

这也就意味着,电网企业在实时监测台区负载的基础上,能够精准区分光伏发电负荷、台区用电负荷等运行数据;绘制配变可开放容量动态“热力图”,清晰掌握配变可消纳的光伏发电容量,实现对反向重过载的超前管控。

分布式光伏并网带来的第三个难题,是供电质量问题。“许多光伏客户为了争取多发电,人为调整逆变器出口电压上限,普遍保持在260伏左右。有的达到了290伏,也有逆变器在出厂时就设置在了280伏,导致并网点周边客户过电压,甚至烧坏家用电器。即便是我们的台区经理通知光伏并网客户调整逆变器输出电压,还是会出现客户当面整改后再自行恢复的情况,过电压管控手段单一、效率低。”临沂供电公司运维检修部主任郭昌林介绍。

国网山东电力各单位根据《光伏发电系统接入配电网技术规定》,应用光伏分界开关过电压保护功能,当监测到并网点电压超额定电压的10%时,能主动告警并对问题客户进行管控。

“我们将供电服务指挥系统与工单驱动业务深度融合,开发应用反向重过载、过电压等3类光伏业务工单,建立起‘最短指挥链’。”国网山东电力下属山东鲁软数字科技有限公司副总经理邢宏伟说,“低压分布式光伏应用模块基于热力分布图,实现了对台区光伏布点、运行状态、电能质量、上网电量等‘全采-质监-异报-精控’的闭环管控。”

目前山东全省共安装分界开关3.9万台,涉及台区4500个,确保光伏并网即纳入监控,已经实现了对光伏并网客户运行数据、电压质量、重要事件和分合闸的管控。

国网山东电力正加快解决存量问题,通过新增台区、配变轮换、导线千米低压线路返供电流超限问题;通过负荷切改、配变档位调整等消除过电压21.02万户,已治理98.08%,剩余2.01万过电压客户将在11月底前治理完成。该公司将从完善制度标准、探索网架模式、提升监控能力、夯实基础数据、深化信息应用重点开展5个方面工作,持续做好低压分布式光伏运行管控。

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