高海拔地区屋顶分布式光伏承载特性研究.pdf

RURAL ELECTRIFICATION高海拔地区屋顶分布式光伏承载特性研究喇先寿*，段纪鹏，张航（国网青海省电力公司西宁供电公司，青海 西宁 810003）摘要：通过对区域分布式光伏承载能力的计算，能够有效预估分布式光伏的消纳情况。当大规模光伏按照接入原则接入相应的电压等级后，上级电网不会发生大规模负荷反送，保证了电网供电的可靠性,提高了供电质量，保证了在安全的前提下，高原人民用电的稳定性。关键词：分布式光伏；承载能力；计算方法；特性中图分类号：TM727ResearchonDistributedPhotovoltaicBearingCharacteristicsofRoofsinHighAltitudeAreasLAXianshou*,DUANJipeng,ZHANGHang(StateGridQinghaiElectricPowerCompanyXiningPowerSupplyCompany,QinghaiXining810003,China)Abstract:Bycalculatingthecarryingcapacityofregionaldistributedphotovoltaics,theconsumptionofdistributedphotovoltaicscanbeeffectivelyestimated.Whenlarge-scalephotovoltaicpowerisconnectedtothecorrespondingvoltagelevelaccordingtotheconnectionprinciple,large-scaleloadreversetransmissionwillnotoccurinthesuperiorpowergrid,ensuringthereliabilityofpowersupply,improvingthequalityofpowersupply,andensuringthestabilityofelectricityconsumptionforpeopleontheplateauunderthepremiseofsafety.Keywords:distributedphotovoltaic;carryingcapacity;calculationmethod;characteristics0前言为响应国家“碳达峰、碳中和”目标，推动高海拔地区屋顶光伏试点工作顺利开展，光伏开发须要遵循“5432”方针，即党政机关建筑、公共建筑、工商业厂房、居民屋顶安装比例不低于 50%、40%、30%、20%，为了使得屋顶分布式光伏能够“宜建尽建”“应接尽接”，须要对区域光伏承载能力进行计算评估，保证清洁能源全部并网消纳。1原则1.1屋顶光伏接入原则装机容量在 0.4MW 及以下时，根据居民住宅进户线载流量和可靠供电要求，合理确定接入用户内部电网的装机容量，充分发挥既有进户线作用。当整村开发规模超过低压网用电负荷，引起配变反向重过载或用户过电压时，可采用转变汇集升压后接入 10kV 电网。规模较小的党政机关、学校、医院、厂区直接接入用户内部电网。装机容量在 0.46MW 之间时，采用 10kV 电压等级并网。整村开发以及第三方开发的工业园区项目接入公共电网，学校、医院以及工业园区内用户投资开发的项目接入用户内部电网。装机容量在 6MW 及以上时，可用多条 10kV或 35kV 线路接入公用变电站母线，适用于村庄规模较大或多个村连片开发、仓储物流园区等。1.2储能配置原则试点区域开发按照“光伏+储能”方式推进，对未明确纳入保障性并网范围的项目，应以不出现长时间大规模反送、不增加系统调峰负担为原则，综合考虑开发规模、负荷特性等因素，按照装机容量 15%30%、工作时长 24h 配置储能设施，减少对其他灵活调节类电源的依赖。2承载能力评估2.1评估思路针对目前西宁湟中区屋顶光伏试点摸排情况，首先对试点区域内公用 110kV 高压变电站和典型光伏电站进行数量和负荷统计，筛选所有变电站 2022年全年 35040 个时刻的负荷出力数据（每 15min一个采集点）；分别找出春夏秋冬四季中最小负荷收稿日期：20230530;修回日期：20230608DOI:10.13882/ki.ncdqh.2023.10.016Clean Energy|清洁能源2023 年第 10 期 总第 437 期 59RURAL ELECTRIFICATION点的当日，作为四季最小负荷典型日，根据典型光伏电站的出力情况计算光伏出力系数；依据配电网规划导则，考虑变电站满足主变 N1，变电站不出现反向负载或者出现反向负载且瞬时反向负载率达到 60%，负荷全部转移且不损坏设备的情况下，对承载能力进行计算评估。2.2承载能力评估2.2.1评估方法通过前期实地调研，了解区域配电网负荷消纳能力的总体水平和站址分布，本文采用热稳定计算的方法进行评估，以此确定供电区域内可新增分布式光伏容量及承载等级。i单座变电站在时刻 i 的反向负载率计算公式如下：i=PDiPLiSe100%。SePDiPLiPLi式中：为变电站实际运行限值，MW；为分布式光伏在时刻 i 的出力，MW；为待评估变电站在时刻 i 的现状网供负荷，MW。须要指出的是，对于现状已接入分布式电源的变电站，网供负荷可能为负值。ik新增分布式光伏容量须满足反向负载率小于设备安全运行裕度约束。则基于第 i 时刻数据计算现状电网设备可承载的新增分布式光伏出力为PDi=Sek+PLi。考虑各时刻均应满足设备安全运行裕度约束，则待评估变电站可新增分布式光伏接入装机容量计算公式如下：Pm=min(PDii)。Pmi式中：为可新增分布式光伏接入装机容量，MWp；为时刻 i 光伏出力系数，即该时刻出力与装机容量的比值。2.2.2计算过程i光伏出力系数计算：基于试点区域典型光伏电站 2022 年数据调研，对各区域典型光伏电站四季出力曲线进行优化拟合，绘制四季晴天光伏出力系数曲线，如图 1 所示。确定四季晴天不同时刻的。光伏承载能力计算：试点区域配电网屋顶分布式光伏承载能力研究，须对 110kV 变电站进行逐一计算，并考虑配电网实际运行方式，最终对区域变电站承载能力进行汇总，同时根据变电站负荷的实际情况，光伏承载能力计算分为两种情况，变电站没有出现反向负载，变电站出现反向负载。当变电站没有出现反向负载时：根据现状变电站四季典型日负荷曲线，与上文中地区光伏出力系数曲线拟合计算，取最小值得出各变电站可接入光伏装机容量。变电站四季典型日负荷曲线，如图 2所示；110kV 变电站可承载装机情况，如图 3 所示。05101520253035404550春季夏季秋季冬季1时2时3时4时5时6时7时8时9时10时11时12时13时14时15时16时17时18时19时20时21时22时23时24时图 2110 kV 变电站四季典型日负荷曲线（MW）050100150200250300350400春季夏季秋季冬季1时2时3时4时5时6时7时8时9时10时11时12时13时14时15时16时17时18时19时20时21时22时23时24时图 3110 kV 变电站可承载装机情况（MWp）经计算得出，湟中区 2 座没有出现反向负载110kV 变电站最终光伏可装机容量为 48.19MW。当变电站出现反向负载时：根据现状变电站四季典型日负荷曲线及反向最大负载日负荷曲线，结合各变电站反向负荷限额和主变 N1 的情况，绘制变电站可承载负荷曲线，再与上文中地区光伏出力系数曲线拟合计算，取最小值得出各变电站可接入光伏装机容量。经计算得出，湟中区 5 座出现反向负载 110kV 变电站最终光伏可装机容量为 143.06MW。(下转第 76 页)00.10.20.30.40.50.60.70.81357911131517192123春季夏季秋季冬季图 1光伏电站四季晴天出力曲线（西宁市）喇先寿等：高海拔地区屋顶分布式光伏承载特性研究60 2023 年第 10 期 总第 437 期RURAL ELECTRIFICATION监控终端的普及、调光运行方式的推广实现深度节能。根据人流车流数据深度调光节能效果显著，适合后半夜人流车流稀少的支线道路，其技术方案需要尽快开展试验和落地应用。政策落地和标准配套。目前国家对于照明低碳转型有明确的政策支持，需要加快节能改造的落地实施。同时随着强制性工程建设规范的实施，原来作为行业标准强制性条文的能耗控制指标，也需要加快修订，并考虑将道路照明能耗控制指标纳入全文强制性规范中。节能的经济和社会效益。在经济效益方面，由于电力供应成本近中期波动上升，中远期先进入平台期然后逐步下降1，及早实施节能改造能够实现较好的经济效益。随着电价市场化改革的推进，夜间的谷段电价有所上升，也为社会资本参与节能改造提供了更强的激励。在社会效益方面，随着清洁能源发电比例的逐步提升，电网碳排放因子将持续下降。在近期加快开展深度的节能改造，对于减少累积碳排放量有较好的效果。参考文献舒印彪，张丽英，张运洲，等.我国电力碳达峰、碳中和路径研究J.中国工程科学,2021,23(6):1-14.1作者简介陈壬贤（1985）男，高级工程师，主要工作方向：城市道路照明。赵弘昊（1995）女，工程师，主要工作方向：城市道路照明。（责任编辑：张峰亮）(上接第 60 页)因此，西宁湟中区 7 座 110kV 变电站最终光伏可装机容量合计为 191.25MW。3特性分析3.1承载能力强高海拔地区具有光照时间长、光照强度大、荒漠地区广、降雨量小的特点，由于发电模式不同，高海拔地区考虑了电能反送的计算情况，使得分布式光伏承载力大于低海拔地区承载力。高海拔地区较早开始分布式光伏开发与利用，在完善地区电网设计时，线路采用线径大、型号统一、传输距离短的方式，配变采用容量大、密布点、短半径的特点进行统一改造，满足地区分布式光伏发展的需求。3.2消纳能力强受地区政策影响，鼓励农村及工厂采用“自发自用，余量上网”供用电模式，并予以一定的补贴。在偏远农村，已经有超过 80%的屋顶安装分布式光伏电池板，满足绝大部分用户照明、烹饪等自发自用的用电需求。大型工厂厂房安装光伏组件，可满足工厂照明、办公等低耗能用电需求。3.3调度灵活性强分布式光伏可以作为电力系统的分布式备用电源，随着储能技术的不断完善，高海拔地区分布式光伏和分散式风电相结合的供电模式将会成为下一步的发展思路，一旦突发故障，两者均可以迅速灵活地将储存的电能提供紧急备用供电，将大大减小故障带来的损失。3.4电能损耗小分布式光伏通常采取供电点处 T 接上网，通常供电距离不超过 3km，因此所产生的电能可直接消纳于供电点，避免了远距离输送电能导致电能损失，同时提高了偏远地区的供电能力。3.5可调节性强目前，青海正在开展变电站空间布局工作，以应对高耗能（例如晶硅、光伏组件等）企业入驻。随着变电站和线路数目的不断增加，青海电网的网架愈发坚强，分布式光伏承载力也将不断提高。随着超高压远距离输电技术的日益成熟，将有大量分布式光伏上网，电能传输至东部电能紧缺地区，缓解供电压力。4结束语随着国家清洁能源产业的快速发展，分布式光伏在高海拔地区能源占比将会越来越大。本文以西宁湟中区配电网最高电压等级 110kV 高压变电站供电范围为基础，通过对负荷数据的分析计算，得出整个区域的分布式光伏承载能力，为更多须要光伏并网消纳的地区提供计算方法的参考。作者简介喇先寿（1990），男，工程师，学士，从事电力规划工作。（责任编辑：张峰亮）陈壬贤等：关于道路照明碳达峰、碳中和路径的探讨76 2023 年第 10 期 总第 437 期