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(wǎng)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(wǎng)已有40%以上的公用變壓器接有分布式光伏。傳統(tǒng)的無源配電網(wǎng)開始變?yōu)橛性磁潆娋W(wǎng)，分布式光伏在為廣大居民帶來收益的同時，也給電網(wǎng)安全運行帶來了考驗。

 

近年來，國網(wǎng)山東省電力公司正以臺區(qū)融合終端和供電服務指揮系統(tǒng)為支撐，規(guī)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(zhì)量。

 

海量分布式光伏接入，需保障電網(wǎng)安全運行

 

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

 

國網(wǎng)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(wǎng)后，配電網(wǎng)潮流就會由單向向雙向轉變。這種變化發(fā)生后，配電網(wǎng)承載能力的分析計算缺乏統(tǒng)一的方法和標準，規(guī)劃理念和方法就需要調(diào)整。

 

大量電力電子裝置注入高頻諧波，光伏超發(fā)電壓越限，集中連片開發(fā)造成反向重過載，對臺區(qū)供電質(zhì)量造成較大影響。數(shù)據(jù)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(fā)電大規(guī)模消納也需要在更大范圍內(nèi)統(tǒng)籌，以實現(xiàn)供需平衡。

 

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

 

“今年2月13日（農(nóng)歷大年初一），山東全省負荷因春節(jié)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(wǎng)光伏全部停運，火電機組深度調(diào)峰，調(diào)用6臺機組滑參數(shù)運行，在窮盡調(diào)峰手段的情況下才保障了電力平衡。”山東電力調(diào)度控制中心主任王勇說。

 

大量分布式光伏并網(wǎng)后，臺區(qū)可能存在局部“孤島”運行的情形。在運維檢修過程中，作業(yè)人員識別、隔離分布式電源的難度提高。作業(yè)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(wǎng)后，造成臺區(qū)、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(xiàn)過193天。截至今年10月底，蒙陰縣光伏發(fā)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(tài)，影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

 

探索分布式光伏安全接入電網(wǎng)方案

 

今年年初，國網(wǎng)設備部安排國網(wǎng)山東電力牽頭分布式電源并網(wǎng)監(jiān)測試點工作。該公司設備管理部明確“定標準、強監(jiān)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(wǎng)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(yè)管理及臺區(qū)融合終端應用工作推進會上，國網(wǎng)山東電力向來自21家省級電力公司的運檢和營銷專業(yè)與會人員展示了分布式光伏接入電網(wǎng)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(wǎng)的方案。”國網(wǎng)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(guī)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(wǎng)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(xiàn)過電壓時，對靠近臺區(qū)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(wǎng)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(qū)內(nèi)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(wǎng)。傳統(tǒng)配電供電臺區(qū)與低壓分布式光伏臺區(qū)獨立運行，實現(xiàn)低壓分布式光伏在中壓配電網(wǎng)的平衡消納，從根本上解決現(xiàn)有含高滲透分布式光伏臺區(qū)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(qū)進行柔性互聯(lián)，實現(xiàn)不同臺區(qū)間的功率轉供，主要解決由于負荷差異造成的臺區(qū)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(qū)低壓柔直互聯(lián)，供電企業(yè)可在配電臺區(qū)建設直流配電線路，實現(xiàn)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(wǎng)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(guī)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(zhì)量

 

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

 

“面對‘三道坎’，我們的臺區(qū)融合終端和供電服務指揮系統(tǒng)發(fā)揮了巨大作用。”國網(wǎng)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(qū)融合終端和功能日趨完善的供電服務指揮系統(tǒng)，外加我們在國網(wǎng)設備部指導下與中國電科院共同研發(fā)的光伏并網(wǎng)分界開關，為應對分布式光伏帶來的挑戰(zhàn)打下了堅實基礎。”

 

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

 

“如果說臺區(qū)智能融合終端是光伏臺區(qū)的‘大腦’，那么光伏開關就是感知單個客戶狀態(tài)的‘神經(jīng)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(fā)展早期，光伏逆變器品牌眾多，質(zhì)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(yè)人員開展配電臺區(qū)檢修前，為避免反送電風險就需逐一核實客戶并網(wǎng)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(wǎng)與作業(yè)人員之間建立一道“安全防線”。當臺區(qū)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(qū)融合終端實時上傳到供電服務指揮系統(tǒng)，大幅減少現(xiàn)場工作量，保障作業(yè)人員人身安全。

 

“目前，在我們供電服務指揮系統(tǒng)的光伏管控模塊中，已經(jīng)可以實時看到應跳開開關數(shù)量和已跳開開關數(shù)量，并能以臺區(qū)為單位查看具體信息，也可以在臺區(qū)線路圖中清晰地看到光伏開關的分合狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)該跳未跳的開關，系統(tǒng)將及時提醒檢修人員進行現(xiàn)場操作。現(xiàn)場人員也可以通過‘i配網(wǎng)’手機應用掌握全部開關狀態(tài)。”國網(wǎng)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(wǎng)已經(jīng)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(qū)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(qū)融合終端實用化應用示范區(qū)建設，用2個月完成2576臺臺區(qū)融合終端、10070個光伏分界開關的安裝。該縣實現(xiàn)光伏臺區(qū)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(xiàn)全縣光伏并網(wǎng)運行情況的全感知。

 

這也就意味著，電網(wǎng)企業(yè)在實時監(jiān)測臺區(qū)負載的基礎上，能夠精準區(qū)分光伏發(fā)電負荷、臺區(qū)用電負荷等運行數(shù)據(jù)；繪制配變可開放容量動態(tài)“熱力圖”，清晰掌握配變可消納的光伏發(fā)電容量，實現(xiàn)對反向重過載的超前管控。

 

分布式光伏并網(wǎng)帶來的第三個難題，是供電質(zhì)量問題。“許多光伏客戶為了爭取多發(fā)電，人為調(diào)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(wǎng)點周邊客戶過電壓，甚至燒壞家用電器。即便是我們的臺區(qū)經(jīng)理通知光伏并網(wǎng)客戶調(diào)整逆變器輸出電壓，還是會出現(xiàn)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(wǎng)山東電力各單位根據(jù)《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術規(guī)定》，應用光伏分界開關過電壓保護功能，當監(jiān)測到并網(wǎng)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(tǒng)的功能也在持續(xù)升級。

 

“我們將供電服務指揮系統(tǒng)與工單驅(qū)動業(yè)務深度融合，開發(fā)應用反向重過載、過電壓等3類光伏業(yè)務工單，建立起‘最短指揮鏈’。”國網(wǎng)山東電力下屬山東魯軟數(shù)字科技有限公司副總經(jīng)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(xiàn)了對臺區(qū)光伏布點、運行狀態(tài)、電能質(zhì)量、上網(wǎng)電量等‘全采-質(zhì)監(jiān)-異報-精控’的閉環(huán)管控。”

 

目前山東全省共安裝分界開關3.9萬臺，涉及臺區(qū)4500個，確保光伏并網(wǎng)即納入監(jiān)控，已經(jīng)實現(xiàn)了對光伏并網(wǎng)客戶運行數(shù)據(jù)、電壓質(zhì)量、重要事件和分合閘的管控。

 

國網(wǎng)山東電力正加快解決存量問題，通過新增臺區(qū)、配變輪換、導線擴徑等措施，治理1945個臺區(qū)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(diào)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(wǎng)架模式、提升監(jiān)控能力、夯實基礎數(shù)據(jù)、深化信息應用重點開展5個方面工作，持續(xù)做好低壓分布式光伏運行管控。