光伏发电高渗透区域配电网规划研究

论文总字数：14429字

摘 要

随着中国现代电力工业的蓬勃发展，我国电力工业也逐渐改善自身的工业结构，从高消耗、低利用、多污染逐渐转变为低消耗、高利用、少污染的工业结构。在此期间，更是出现了很多新能源电力工业产业，这是我国电力系统改革的一个重要的转折点，伴随着中国城市人口的压力，使得用电量不断的激增，在合理运用新能源的前提之下，城市配电网规划研究显得非常的重要，科学引导我市光伏能源的发展，响应国家“十四五”的号召，对能源结构的平衡，能源需求量的压力，以及环境污染有着非常大的意义，这对我国在20世纪中叶走向强国国家之列是必不可少的关键。

本文通过对研究区域内配电网的发展现状、分布式光伏接入现状、分布式光伏并网运行现状的分析，充分了解当前区域配电网已形成局部高渗透率区，分布式光伏的接入已在一定范围内普遍引起台区功率倒送的情况，并找到最优的电力网架规划方案，并作为光伏发电的参考。

关键词：分布式光伏发电；配电网规划；网架规划

Abstract

With the rapid development of modern power industry in China, China's power industry has gradually improved its own industrial structure, from high consumption, low utilization and multi pollution to low consumption, high utilization and less pollution. During this period, there are many new energy power industry industries, which is an important turning point of power system reform in China. With the pressure of urban population in China, the power consumption is increasing rapidly. Under the premise of rational use of new energy, the research on urban distribution network planning is very important, and scientific guidance is made to guide the development of photovoltaic energy in our city, Responding to the call of the state "14.5", it has an important role in adjusting energy structure, relieving energy supply pressure and improving environmental quality, and is of great significance to the realization of "a well-off society in an all-round way".

Through the analysis of the development status of distribution grid, the current situation of distributed photovoltaic access and the current operation status of distributed photovoltaic grid connection, this paper fully understands that the current regional distribution network has formed a local high permeability area, and the access of distributed photovoltaic has generally caused power reverse transmission in the area within a certain range, and finds the optimal power grid planning scheme, It is also used as a reference for photovoltaic power generation.

Key words: distributed photovoltaic power generation；distribution network planning； grid planning

目录

光伏发电高渗透区域配电规划研究 1

摘 要 1

Abstract 3

第一章 绪论 4

1.1背景 4

1.2 规划目标 5

第二章 国内外研究现状 7

2.1国外电网规划特点 7

2.2国内发展现状 7

2.3省内发展形势 8

2.4独立光伏发电 8

第三章 OPENDSS程序及仿真 10

3.1 OPENDSS简介 10

3.2 OPENDSS光伏模型 10

3.3 OPENDSS 工作流程 12

(1) 定义电路 12

(2) 设定电路的仿真计算选项 12

(3) 解潮流计算问题 12

(4) 分析已解电路 12

3.4 OPENDSS 代码说明 12

3.5 OPENDSS 仿真结果 14

第四章 分布式光伏消纳能力研究 20

4.1对于分布式电源的三种控制策略 20

4.2 逆变器的应用 21

第五章 网架规划及方案 22

5.1 网架规划 22

（1）变电站出线组合计算方法 22

（2）配电网线路布局计算方法 22

5.2 单元制网架规划原则 23

总结 25

致 谢 26

1. 绪论

1.1背景

二十一世纪以来，我国的经济不断发展，人民生活水平有了显著的提升，对生活质量的要求也有所提高，在这个时代背景下，电力能源成为人们生活中一件非常重要的东西。日常生活中的电脑，手机空调等，不仅仅在家庭，更为我国带来了很多经济效应。由于我国传统的配电网建设错综复杂，在负荷运行上只是短暂的解决运行问题，虽然解决了当下的电力短缺问题，但是完全不符合我国可持续发展的战略，频繁的配电网建设使得我国城市地下的配电线路复杂难解，建设资本昂贵，能源转化效率低下，环境污染严重，不符合当下提出“十四五”和可持续发展战略，导致其所供应的电能的可靠性和安全性大大折扣，这不符合我们所研究的光伏发电方向。

传统配电网多以馈线单元为基础的建模方式，传统的配电网对于资源的利用效率十分的低下，浪费了很多的资源。单元制供电是以最小逻辑单元为基础，把我们日常的供电区域划分为若干个小配电网单元，通过对电网的负荷预测以及分析，从而满足配电网的供电需求，达成经济效益，最大化使得人们对于用电的高可靠需求。单元制配电网逻辑复杂，具有多电源、多环网、多重构等特点，传统的配电网建模方式已经完全跟不上时代的脚步。

在近期的所有新能源之中，太阳能绝对是首当其冲，环保又属于可再生能源，对环境是0污染，近年来我国光伏发电技术日益成熟。已走在世界的前沿，在电力供应中形成了新的格局。考虑到光伏电源接入配电网的随机性和间断性，因此出现了很多低渗透区和高渗透区，这也需要我们在建设光伏发电的同时，也要兼备利用率的问题，否则与传统电站一样造成能源的浪费，分布式光伏发电应该遵循四个原则，“因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用”，传统的配电网装置配置落后，我们要在时代的背景下，运用合理的方案，建设新能源电网，而这一切都需要我们把分布式光伏的研究和规划继续推进深入了解。

分布式光伏发电采用了光伏原件^[7]，直接可靠的把太阳能转化为电能。这是我国目前一种超出世界前沿的新型能源开发方式，他就在城市的附近建造并且建立了并网，把光能转化为太阳能，相对于普通的光伏发电站，他更加提升了发电量的总额，因为没有超导体的出现，刚好解决了长途运输电力造成的电力损耗问题。

未来的电网必须以高效、绿色、可靠、安全为战略目标，这需要着我们更好的开发新技术，主动配电技术就是其中之一，这项技术极大的提升了资源的利用率，以及可持续能源的消纳能力，对光伏发电系统的系统优化，规划研究，配网电路更新提供了根本的技术基础。

1.2 规划目标

1. 我们要继续研究分布式光伏，在此基础上制定合理的网架，提出适合我国发展的战屡目标，把现在一切出现的问题作为重头，不能小觑，深入分析了解本地的光伏情况，并对我们现有的配电网做出整改，从历史数据上分析，根据本地的经济发展情况，做出未来的负荷预测，这一项极大的提升了配电网建设的安全可靠，确保其规划的目标可以安全的实施。不仅如此，还要参考国内外对主动配电网的侧重点和现有技术，从他们失败和成功之中汲取经验，作为我们建设配电网一个经验；
2. 因为本文是对光伏发电的研究，我们更需要将其建设的发电站所提供的发电量达到理论上的发电量，从而提升了电能能源的净转化率，避免造成没必要的资源流失，把那些污染资源废物利用，这对保护环境也是有利的；

1.3 规划范围和规划年限

图:某市光伏产业园规划布局图

图中所示是某市 的光伏产业园区，也是该座城市配电网规划的范围，该试点区已经正式进入光伏系统的调节阶段，因为新型开发的分布式光伏，根据这个继续构建配电网网架，根据本市的地理结构和经济发展需求，建立合适的目标蓝图，并且把最终得到的成果加以展示，例如本次我将会用opendss作为演示，展示了20/10KV的电压等级下电网的研究，这次研究也让人让我们如何对构建新型光伏能源的配电网规划有了深入的了解。

本次规划着手从2020年出发，基于可靠的理论基础，维持大概5年的建造，期间如果有新技术的产生会将其灵活应用，需要的人工及其能源物资也十分庞大，这将对我市改善电网结构并将其转型做出了重要的贡献。

第二章 国内外研究现状

2.1国外电网规划特点

由于地球上资源分布不同，各国国家所拥有的能源也不同，下面我会从外国根据他们的国情所进行的电力光伏产业的改造特点，给我国配电网规划研究提供实际上的建议。

基于基本国情的不同，英国吧电力产业全部交给了市场，让其自我调节，不同国家对于电力企业的要求不同，英国对于电力企业的政策就是放任自由发展，所以很多人有了资金就可以进入该市场，也导致了技术的不集中，也整体上比较落后。由于重工业对于环境的污染，世界加大了对新型能源的研究，各种新型能源技术也随之产生，英国也不例外，根据英国的环境质量管理部门显示，因为英国是资本主义国家，电力企业更注重于得到的经济效益，目的就是为了赚钱，质量及其安全方面得不到好的保证，他们用超强的电压，慢慢的进入负荷中心。从图中可以看出，如果我们将成本和可靠性水平找到一个点，那个点就是最佳点，在理论的基础上计算出这个平衡点，并把它付出于实际，就可以得到可靠性强，经济效益高的一个电网。

电网可靠性－成本关系图

西班牙由于技术的匮乏，使其分布式电源的容量很低，对其的利用率一直很低，主要是因为在运输途中很容易遇到反向输电，这容易造成事故。

德国更是颁布了一些法律法规，对能使用光伏材料作为建筑的人们大大奖励，比对电网公司进行补贴，例如在人们日常居住的写字楼和地面，在上面加以光伏材料，促进启发电，根据电网公司对于光伏式研究状况，国家为其提供一定的科研基金，德国在这方面一直做的很好，采用了很多措施慢慢使得分布式电网接入配电网，如把一些老旧的变压器往更节能的方向升级，重新对电压条件进行整定，对一些设备惊醒更换。

2.2国内发展现状

光伏产业一直存在着很多问题，例如说产能过剩，中国的光伏组件一直名列世界前沿，当然也仅仅是世界前沿，对于光伏产业的研究和规划，都需要国外的先进技术来支持我国的发展，我们不需要把光伏组件销入外国，我们还需要利用我们的光伏技术使我们光伏产业变得更好。

从目前调查的现况来看，我国运用在光伏领域的公司少之又少，只有百分之几位数，我们更要抓住这个契机，根据国家提出的中心指导思想，我们更需要走低碳发展的路线，使其和新型配电网规划相辅相成，在分布式光伏研究规划的前提之下，我们更需要研究其消纳能力，必须做到高利用能力，不然就会与原来配电网无异，在此基础上再来构建新型配电网，考虑其能源的利用效率，供电电能的安全可靠性，还有给国家带来的经济效应。把目光看向国际，从中你就可以发现，虽然我们在研究放上面小有成就，但是在付出实践方面远远不足，这需要我们跟紧时代的步伐，吸取成功国家的经验。

表2015、2020年分布式光伏占比

2.3省内发展形势

“全球光伏看中国，中国光伏看江苏。”据这些那年分析，我国的光伏能源用用电网的能力大大提升，新型能源电网在国家的大力扶持之下也发展迅速，我引以为豪的家乡江苏省，更是走在了时代的前沿，电力企业发展的欣欣向荣，是作为全国的榜样存在，更有需要其他省的调研人员来这考察并且学习，把新技术带入他们的家乡，促进全国电力产业的发展。在据可靠的调查报告显示，江苏省的光伏装机容量已经超过了2w这个数字。再加上国家对新型能源的鼓励和支持，这些年我国的光伏能源发展蒸蒸日上。李创军曾提出，现在光伏行业发展的重点是提质增效、推进技术进步。

2.4独立光伏发电

独立光伏发电也叫离网光伏发电。主要由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组成，如果负载的类型不同，如果是直流负载就不需要任何的变化，如果是交流负载，则需要增加一个交流逆变器^[4]，提供一个整流作用，独立光伏电站的建设对我国新能源建设做出了很大的贡献，我国鼓励用电用户使用太阳能发电，里面的系统会给分为好多，其中运用最广的就是带有蓄电池的，并且可以独立运行的光伏发电系统。

第三章 OPENDSS程序及仿真

3.1 OPENDSS简介

OPENDSS的开发由美国电科院提供的一个开源的配电电网潮流软件，配电网中的大部分的工作基本都由其完成，包括进行日、月、年仿真，接入分布式电源，考虑到分布式电源的模型和复合模型，可以任意调用其输出结果，并且在运行的同时，可以改变他的输入参数，多次进行潮流计算，并且改变变量的一些数据。在建模方法上，该平台考虑了配电网的不对称特性，并提供了丰富的配电网控制模型；在仿真功能上，提供了快速潮流计算功能，并开发了一系列仿真方法；在用户自定义扩展上，基于COM接口，实现了OPENDSS和其他仿真软件的互动^[1]。

3.2 OPENDSS光伏模型

OPENDSS光伏模型主要定义如下：

3.3 OPENDSS 工作流程

1. 定义电路

电网线路，交流、直流变压器，负荷负载，电动机，发电机……

1. 我们从算法分析，编写dss文件来完成想要的成果。
2. 完成代码之后，可以使用按钮运行选定的代码。

1. 设定电路的仿真计算选项

比如，仿真计算模式(snapshot,dailv,harmonic,等)

1. 这可以通过“Set”菜单的命令来实现。最基本的仿真计算模式是帧计算(snapshot)，它类似于传统的潮流计算。关于更多的电路仿真计算选项，参阅OPENDSS手册。
2. 解潮流计算问题
3. 首先，通过运行Do菜单下的“Calc Voltage bases”来确保生成母线节点列表和寻找到基本电压。
4. 然后使用按钮来解电路。

1. 分析已解电路

不同的分析包括不同的使用细节。但是一些通常的任务包括：

1. 检查线路，变压压器，负荷，等元件-首先，从元件工具中选定元件类型然后元件，使用C，V，or P按钮来查看电流，电压和功率。使用按钮来编辑元件属性。

1. 图形化显示电压-距离，在主程序窗口中键入plot profi1a，并选中它然后使用Ctrl-D组合键来执行这个命令。Voltage protile将显示沿着这个电路离开变电站电压如何变化。
2. 在线路连接图上图形化显示数据-如果你通过buscoords命令提供了母线的位置信息，已可以在这个电路的地图上显示潮流数据。
3. 输出数据以使用其他软件分析-所有OPENDSS的结果可以通过在“Export”菜单中不间的命令来输出。结果存储为.csv文件。

3.4 OPENDSS 代码说明

图3.2是用CAD画的线路连接图，OPENDSS计算程序是根据这个连接图来编写的，其中215线是深绿色，216线是黄色，222线是红色，233线是深蓝色，234线是天蓝色，235线是亮绿色，236线是黑色。图3.3为MS-SDQ-019供电单元的线路215安特1#线的OPENDSS计算程序，下面就以215安特1#线为例分析说明：

（1）Clear 可以用来清除以前载入的电路，使与本次编译正常。

（2）new circuit.Master basekv=110 pu=1.0001 phases=3 bus1=SourceBus Angle=30

~ MVASC3=5000000 5000000 表示新建一个名字为Master的三相电路。

（3）New XYCurve.MyPvsT npts=4 xarray=[0 25 75 100] yarray=[1.2 1.0 0.8 0.6] 和 New PVSystem.215PV_42 bus1=42 BaseFreq=50 Phases=3 kV=20 kVA=3000

~ irrad=1.0 Pmpp=3000 temperature=25 PF=1 effcurve=Myeff

~ P-TCurve=MyPvsT duty=PVLoadShape TDuty=MyTemp 分别定义了逆变器和光伏系统的一些特性。Redirect PVLoadShape.DSS表示包含外部文件。在这下面的plot tshape object=MyTemp 和plot loadshape object=PVLoadshape 表示图形化潮流结果，可提供有关仿真计算电路的图像结果。

（4）New Transformer.XFM1 kVAs=[63000 63000] XHL=22.6 PPM=0

~ Wdg=1 R=0 kV=110 Bus=SourceBus Tap=0.9 Wdg=2 R=0 kV=20 Bus=1

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