适应多元化负荷、电源接入的配电网典型供电方案研究
时间：2022-12-10 15:15:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
颜香梅
（国网济宁供电公司）
“碳中和、碳达峰”的双碳目标，对国家电网的电网规划、新能源接入提出了更高的要求，从能源侧来看，扮演着决定性的角色，要构建以新能源为主体的新型电力系统，需要创新电网规划。由于新能源的波动性、非持续性，电力系统“双高”“双峰”的特性非常明显，电网安全稳定运行和电力电量平衡将面临极大考验，深入分析电源接入电网方案；
从用能侧来看，随着储能系统、电动汽车等多元化负荷设施的接入，各种新型能源需求呈现出多样化的特征，如何做好源网荷储协同发展，深刻影响电力系统运行。
本文以济宁市为例，分析电动汽车、储能等多元化负荷接入和风、光等新能源大规模接入后对电能质量影响，对电网设备装备水平的影响、对配电网网架结构的影响和对电网运行等方面的影响，针对《典型设计方案》和《配电网规划设计技术导则》中不适合或不利于大规模新能源接入的地方进行分析和论证，紧紧围绕以解决济宁配电网的实际问题为出发点，制定适应多元化负荷、大规模新能源接入的配电网典型供电方案。
济宁公司积极响应国家节能减排和蓝天保卫战号召，加强新能源充电技术的研发与建设，助力推动新能源发展。为加快推动城市电动汽车发展，满足电动公交车、电动出租、私家新能源汽车的快速充电需求，公司自2010年起开展充电设施建设，目前已经累计投资1.8亿元，建成公共充电站181座，充电桩1244台，其中直流充电桩626台，交流充电桩618台，充电桩数量位列省公司第二，实现济宁市“五区九县”充电设施全覆盖。
2021年新能源全口径装机2214.83MW，占电源总装机的17.16%。其中生物质全口径装机213MW，占电源总装机的1.65%，风电全口径装机246.3MW，占电源总装机的1.9 1%，太阳能全口径装机1755.532MW，占电源总装机的13.6%。“十三五”期间新能源装机增速35.37%。
2.1 电动汽车接入对电网影响
部分场景下，当车辆电动化的比例达到25%时，当地配变有可能出现重载的问题；
比例达到50%时，还会导致配变过载。随着电动汽车规模化推广、大功率快充技术发展应用，部分35kV和110kV配变系统，在极端情况下，电动汽车的无序充电也会影响输电网（即主干网），可能造成输电阻塞与区域电力送电能力不足，增加重载输电线路的输送功率。同时配电网的规划对电动汽车的普及目前仍是“被动适应”过程，特别是建筑年代较早的居民区、老城区等，配变的开放容量一般较小，由此对负荷预测的准确性、变电站的选址定容、设备选型带来挑战。
2.2 储能设施对电网的影响
以济宁市“十四五”期间典型日储能参与调峰为模型，设置不接入储能、接入200MW/1000MWh、接入400MW/2000MWh储能三个场景进行分析，如图1所示。
图1 济宁市“十四五”期间典型日储能参与调峰变化对比图
在该算例中最大调峰容量接近额定容量，从理论上来讲最大调峰容量即为该储能电站的瞬时输出最大值，对应场景二为200MW，场景三为400MW，但是由于考虑到储能容量限制、储能容量备用，尤其是过量的储能充放对储能寿命的影响，一般储能的调峰容量在最大充放功率80%左右，即可以满足连续充放几个小时。可以看到随着储能容量的增大，可以通过储能的能量时移特性进行削峰填谷，可以降低等效负荷的峰谷差，降低深度调峰容量的同时，降低系统运行成本，缓解火电机组的调峰压力，增大系统的调峰裕度。
3.1 电能质量方面存在的问题
随着大规模新能源的并网，改变了传统配电网潮流运行模式，有可能导致本地无法消纳，出现电量上送，引起并网点电压高于额定值，电压的改变使得本地的电能质量下降，供电可靠性降低，电网可接纳容量降低。济宁市分布式光伏接入较多，共有9548台配变接入分布式光伏，其中台区下接入的光伏用户数共有13499户，当光照充足时，接入的配变电压升高，导致用户电压严重越上限，给居民的正常用电带来极大影响。
在电力系统中的设备和负荷是非线性性质，因此运行中会导致谐波的产生，当负载中有电流流过时，与设备两端的电压不呈线性关系，形成了非正弦电流，因而产生谐波。因为谐波的存在导致电力系统设备的运行、使用存在一定的安全隐患，不利于电力系统运行的稳定性。
3.2 集中式新能源接入存在问题
济宁市新能源接入时，受通道限制，现状存在较多集中式新能源接入电网系统是T接方式。T接的情况，则电源的接网点无专门的开关设备，直接接入高压网架。虽然适当减少了新能源的接入成本，但是由于没有开关设备断开新能源与电网系统公网负荷，一旦接入的新能源电站出现故障，会影响电网系统的公网用户的供电可靠性与稳定性，造成较大的社会影响。
3.3 分布式新能源接入存在问题
济宁市存在电网规划超前或滞后电源规划、电网项目建设和新能源建设不同步的情况，随着大量的新能源的接入，导致电源接入之后，电网不足以消纳，引起反向潮流设备重过载问题。
图2是接入分布式光伏容量大于变压器自身容量80%配变的负载率分布情况。
图2 分布式光伏容量大于变压器自身容量80%配变的负载率
4.1 接入标准适应性分析
目前接入系统方案的设计主要参考《配电网规划设计技术导则（Q／GDW1738—2020）》（以下简称“国网导则”）、《国网山东省电力公司企业标准（Q/GDW06 10001—2017）》（以下简称“省网导则”）、《典型设计方案》，从用户接入角度考虑，由于电动汽车、储能等特殊用户的快速发展，特殊用户对电网电能质量、供电可靠性提出更高的要求，以及对电网的影响导则中存在部分不适合大规模新能源接入的地方。以解决济宁配电网的实际问题为出发点，主要就电力平衡、容载比、主变配置等方面制定适应大规模新能源接入的配电网典型供电方案和标准。
4.2 接入方案优化
根据以上对《典型设计方案》和《配电网规划设计技术导则》的研究和论证，结合储能接入电网的典型方案，总结出适用于济宁配电网在面临大规模多元化负荷和新能源接入情况下的典型供电方案和策略。
集中式新能源接入电网主要有两种方式，方案一是采用专线形式接入至相应电压等级变电站的母线，需要占用一个变电站间隔；
方案二是T接至现状同电压等级线路。接入点综合考虑发电容量、距接入点距离、候选接入点已接入新能源总量、候选接入点主变容量及剩余间隔数等因素选择合适的接入方案，如表1 所示。
遵循安全性、经济性、灵活性的原则，依据接入不同电压等级、运营模式分为8种典型接入方式，从而规范分布式光伏接入，如表2所示。
表2 分布式光伏接入方式
充电桩等多元化负荷接入对现状电网提出了更高要求，探索提出融合多元负荷和分布式新能源接入典型场景供电方案。
城市场所：居民小区楼顶、工业厂房屋顶可铺设光伏板，同时，对于一些有地上停车场的小区，可以改造建设成为铺设光伏板的停车场。农村生活区域主要场景有村民居民用电、批发零售业、餐饮娱乐业、农村信用合作社、村委会、水厂等公共服务机关、私人开采及制造行业、私人承包仓储库房等区域用电。屋顶可铺设光伏电池板，在负荷高峰期出现电压偏低的区域，可通过配置一定的储能系统，有效缓解农村负荷高峰期与分布式电源出力不一致现象，更好解决农村区域因高峰负荷造成的低电压问题。农村生产区域可充分利用区域良好的风资源、水资源、沼气等资源，可铺设屋顶光伏、建设小型的风力发电机组，发展分布式能源综合利用项目。
为满足未来配电网规划设计要求，本文以济宁地区为例通过分析多元化负荷、新能源接入对电网的影响，梳理现行国网导则、省网导则及典型设计中不适合或不利于大规模新能源接入的地方，提出集中式新能源典型接入方案、分布式光伏电源典型接入方案、融合多元化负荷的分布式新能源接入方案。推动智能电网建设，满足新能源电源的接入需求。
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