截至10月底，山東全省分布式光伏用戶達到66.8萬戶，較2020年年底增長33.6%；各類光伏并網總裝機容量2896萬千瓦，居全國第一。

 

隨著分布式光伏的快速增長，目前山東配電網已有40%以上的公用變壓器接有分布式光伏。傳統的無源配電網開始變為有源配電網，分布式光伏在為廣大居民帶來收益的同時，也給電網安全運行帶來了考驗。

 

近年來，國網山東省電力公司正以臺區融合終端和供電服務指揮系統為支撐，規模化推進對全省分布式光伏電站的可觀、可測、可控，從而確保人身安全、設備安全和供電質量。

 

海量分布式光伏接入，需保障電網安全運行

 

今年6月，國家電網有限公司配電能源互聯網技術支持中心在國網山東電力掛牌成立。早在分布式光伏起步發展時，國網山東電力就啟動了關于低壓分布式光伏對配電網影響的研究。

 

國網山東電力設備管理部主任李猷民介紹，低壓分布式光伏并網后，配電網潮流就會由單向向雙向轉變。這種變化發生后，配電網承載能力的分析計算缺乏統一的方法和標準，規劃理念和方法就需要調整。

 

大量電力電子裝置注入高頻諧波，光伏超發電壓越限，集中連片開發造成反向重過載，對臺區供電質量造成較大影響。數據顯示，今年1至10月份，山東全省因分布式光伏原因造成的短時過電壓客戶達23.14萬戶（已治理21.02萬戶）。同時，分布式光伏發電大規模消納也需要在更大范圍內統籌，以實現供需平衡。

 

如果越來越多的分布式光伏處于盲調狀態，必然影響負荷預測和潮流調配，使調度人員無法精準制訂和實施消納調峰措施。這就要求對規模化分布式光伏實現可觀、可測、可控。

 

“今年2月13日（農歷大年初一），山東全省負荷因春節假期跌至3247.8萬千瓦（山東冬季日均負荷約為7500萬千瓦），全省10千伏及以上并網光伏全部停運，火電機組深度調峰，調用6臺機組滑參數運行，在窮盡調峰手段的情況下才保障了電力平衡。”山東電力調度控制中心主任王勇說。

 

大量分布式光伏并網后，臺區可能存在局部“孤島”運行的情形。在運維檢修過程中，作業人員識別、隔離分布式電源的難度提高。作業人員不僅將面臨人身安全風險，還需要在檢修過程中逐一斷開并核查逆變器，導致停電檢修時間增加。

 

大量分布式光伏接入電網后，造成臺區、變電站反向供電。在情況最為典型的蒙陰縣，午間分布式光伏出力超過全縣負荷的情況在2020年就出現過193天。截至今年10月底，蒙陰縣光伏發電日均最大功率達到31萬千瓦，蒙陰縣最大用電負荷27萬千瓦，長期處于“整縣倒送”狀態，影響電網安全穩定運行。

 

探索分布式光伏安全接入電網方案

 

今年年初，國網設備部安排國網山東電力牽頭分布式電源并網監測試點工作。該公司設備管理部明確“定標準、強監控、治存量、控增量”工作措施，從探索安全可靠接入方式入手，全面開展并網低壓分布式光伏運行管控工作。

 

在6月10日至11日于濟南召開的公司供電所配電專業管理及臺區融合終端應用工作推進會上，國網山東電力向來自21家省級電力公司的運檢和營銷專業與會人員展示了分布式光伏接入電網的典型方案。

 

“在前期大量試點的基礎上，我們按照‘保消納、保安全、保供電’原則，專門編制了《低壓分布式光伏安全接入指導意見（試行）》，明確了低壓分布式光伏接入電網的方案。”國網山東電力設備管理部副主任文艷說。

 

典型方案共有三種。前兩種屬于常規方式，即“公用公變接入”和“專用公變接入”，也是目前低壓分布式光伏并網的主要方式。

 

“公用公變接入”指低壓分布式光伏與其他供電客戶接入同一公用變壓器。部分光伏接入點周邊客戶出現過電壓時，對靠近臺區末端、容量較大的低壓分布式光伏接入方式進行改造，將其并網點前移，采用接入低壓干線（分支箱）或配變低壓母線措施，使低壓分布式光伏有功潮流先向上匯流再進行分流，緩解因末端低壓分布式光伏潮流反送導致的周邊客戶過電壓問題。

 

“專用公變接入”則是對單個或多個臺區內的全部低壓分布式光伏或部分大容量低壓分布式光伏進行改造，集中匯流后，通過專門的升壓變壓器接入10千伏配電網。傳統配電供電臺區與低壓分布式光伏臺區獨立運行，實現低壓分布式光伏在中壓配電網的平衡消納，從根本上解決現有含高滲透分布式光伏臺區客戶過電壓和配變反送重過載等問題。

 

路徑與前兩種完全不同，第三種方案“柔直接入”是應用低壓柔直技術，對兩個及以上臺區進行柔性互聯，實現不同臺區間的功率轉供，主要解決由于負荷差異造成的臺區負載率不平衡以及分布式能源最大化就地消納問題。基于臺區低壓柔直互聯，供電企業可在配電臺區建設直流配電線路，實現低壓分布式光伏、儲能裝置、直流源式直流充電樁“即插即用”接入。

 

“應用目前三種接入方案的同時，我們還將積極參與公司更多的分布式光伏接入典型設計研究，明確光伏并網設計標準、裝置技術標準、接入驗收工作標準，確保增量光伏規范接入。”山東電科院配電技術中心主任李立生說。

 

保障人身安全、設備安全、供電質量

 

安全可靠的并網只是第一步，要破解分布式光伏快速發展給電網帶來的難題，還需要邁過人身安全、設備安全、供電質量這“三道坎”。

 

“面對‘三道坎’，我們的臺區融合終端和供電服務指揮系統發揮了巨大作用。”國網山東電力設備管理部配電處處長孟海磊說，“高覆蓋率的臺區融合終端和功能日趨完善的供電服務指揮系統，外加我們在國網設備部指導下與中國電科院共同研發的光伏并網分界開關，為應對分布式光伏帶來的挑戰打下了堅實基礎。”

 

今年3月，國網山東電力在淄博全市和臨沂市蒙陰縣、棗莊市嶧城區開展光伏并網分界開關集中示范應用。

 

“如果說臺區智能融合終端是光伏臺區的‘大腦’，那么光伏開關就是感知單個客戶狀態的‘神經末梢’。”淄博供電公司運檢部主任劉興華說。

 

分布式光伏運行帶來的人身安全隱患是指反送電問題。在分布式光伏發展早期，光伏逆變器品牌眾多，質量參差不齊，有的未配置防孤島保護裝置、有的未定期檢修，運行極不可靠。在作業人員開展配電臺區檢修前，為避免反送電風險就需逐一核實客戶并網開關位置，耗時費力。

 

光伏分界開關的安裝應用，可以在配電網與作業人員之間建立一道“安全防線”。當臺區停電時，光伏分界開關通過防孤島功能自動分閘。開關變位信息通過臺區融合終端實時上傳到供電服務指揮系統，大幅減少現場工作量，保障作業人員人身安全。

 

“目前，在我們供電服務指揮系統的光伏管控模塊中，已經可以實時看到應跳開開關數量和已跳開開關數量，并能以臺區為單位查看具體信息，也可以在臺區線路圖中清晰地看到光伏開關的分合狀態。如果發現該跳未跳的開關，系統將及時提醒檢修人員進行現場操作。現場人員也可以通過‘i配網’手機應用掌握全部開關狀態。”國網山東電力設備部配電處五級職員房牧介紹。

 

在山東全省配電網已經有40％以上的公用變壓器接帶分布式光伏客戶的情況下，反向重過載帶來的設備安全隱患是另一個難題。

 

這個難題同樣可以通過臺區融合終端的深度應用來解決。以蒙陰縣為例，公司在該縣開展臺區融合終端實用化應用示范區建設，用2個月完成2576臺臺區融合終端、10070個光伏分界開關的安裝。該縣實現光伏臺區融合終端全覆蓋，并在全省率先完成整縣光伏分界開關全覆蓋，實現全縣光伏并網運行情況的全感知。

 

這也就意味著，電網企業在實時監測臺區負載的基礎上，能夠精準區分光伏發電負荷、臺區用電負荷等運行數據；繪制配變可開放容量動態“熱力圖”，清晰掌握配變可消納的光伏發電容量，實現對反向重過載的超前管控。

 

分布式光伏并網帶來的第三個難題，是供電質量問題。“許多光伏客戶為了爭取多發電，人為調整逆變器出口電壓上限，普遍保持在260伏左右。有的達到了290伏，也有逆變器在出廠時就設置在了280伏，導致并網點周邊客戶過電壓，甚至燒壞家用電器。即便是我們的臺區經理通知光伏并網客戶調整逆變器輸出電壓，還是會出現客戶當面整改后再自行恢復的情況，過電壓管控手段單一、效率低。”臨沂供電公司運維檢修部主任郭昌林介紹。

 

國網山東電力各單位根據《光伏發電系統接入配電網技術規定》，應用光伏分界開關過電壓保護功能，當監測到并網點電壓超額定電壓的10%時，能主動告警并對問題客戶進行管控。

 

在光伏分界開關得到應用的同時，供電服務指揮系統的功能也在持續升級。

 

“我們將供電服務指揮系統與工單驅動業務深度融合，開發應用反向重過載、過電壓等3類光伏業務工單，建立起‘最短指揮鏈’。”國網山東電力下屬山東魯軟數字科技有限公司副總經理邢宏偉說，“低壓分布式光伏應用模塊基于熱力分布圖，實現了對臺區光伏布點、運行狀態、電能質量、上網電量等‘全采-質監-異報-精控’的閉環管控。”

 

目前山東全省共安裝分界開關3.9萬臺，涉及臺區4500個，確保光伏并網即納入監控，已經實現了對光伏并網客戶運行數據、電壓質量、重要事件和分合閘的管控。

 

國網山東電力正加快解決存量問題，通過新增臺區、配變輪換、導線擴徑等措施，治理1945個臺區重過載、6399千米低壓線路返供電流超限問題；通過負荷切改、配變檔位調整等消除過電壓21.02萬戶，已治理98.08%，剩余2.01萬過電壓客戶將在11月底前治理完成。該公司將從完善制度標準、探索網架模式、提升監控能力、夯實基礎數據、深化信息應用重點開展5個方面工作，持續做好低壓分布式光伏運行管控。