论文部分内容阅读
摘要：光伏作为一种可再生的清洁能源，对我国未来电力系统的规划和建设具有指导作用。光伏发电的优势是无污染、可再生、并网灵活，但新能源的开发和利用会相应带来一定的不确定性。同时学界也对分布式光伏并网对配电网电压的影响进行了一定的分析。
关键词：分布式光伏;并网入电;影响因素;电压分布
随着新一轮电力体制改革的深入，售电侧的放开，多元主体参与市场竞争成为必然趋势。分布式电源既可以成立售电公司，以独立售电模式参与市场，也可以通过其他售电公司代理，以协调售电的模式参与市场。目前对分布式电源市场化交易的研究主要集中在两个层面，一是研究市场环境下分布式电源的规划建设方案;二是研究分布式电源在市场环境下的运营及交易模式。在运营及交易模式方面，包括从宏观层面设计市场化运营模式的组织结构和机制、分析用户侧分布式电源的增值服务价值，从优化调度的角度分析虚拟电厂并网运行的算法实现、探讨分布式电源对售电公司运营的影响;再如对双边或多边交易、分布式电源集合商集中竞价交易等模式的设计分析等。其中双边或多边交易模式属于批发市场范畴，发电商与用户关系一一对应;而协调售电模式适合没有条件自主寻找用户，或进行复杂市场决策的发电商，由售电公司代理并管理分布式光伏的发电。特别是随着光伏与储能的协同发展，可有效改善光伏发电的间歇性和不确定性，使得光伏出力具备了可優化条件，为售电公司管理分布式光伏发电奠定了技术基础。
一、分布式光伏发电概述
光伏发电包括输电侧并网和配电侧并网两种类型，前者在大规模发电站中的应用价值较高，集中全部的电能融入电网，为电网调配提供基础。后者的发电规模小，形成的电能融入最近距离的配电网，电能被直接利用。分布式光伏发电系统通常是配电侧并网发电，具有高灵活度、高使用价值以及维护简单的优势。实际应用过程中，可全面利用休闲区域和屋顶等区域，实现电力设备的构建和规划，降低土地资源消耗，避免对生态环境造成严重的干扰。配电侧并网对接入要求较低，相应的电能为本地负荷提供服务，避免了输电线路电能传输损耗，极大增强了电能的利用效率。
二、分布式光伏并网对配电网电压的影响
（一）基于预测电价的优化决策价格
协调售电交易决策模型依赖于签约价格与现货价格的价差，且可优化范围与价差幅度紧密相关。对售电公司而言，价格差越大，可优化范围越大，优化效果越明显，因此保持一定的价格差距对售电公司有利。对分布式光伏而言，签约价格影响实际发电量，为追求一定的发电收益，分布式光伏将在保量的前提下争取高价。分布式电源如何参与市场是能源发展及市场建设过程中必须要解决的问题，特别对于中小型分布式电源来说，与售电公司合作是必然趋势。针对协调售电模式进行了深入分析，从售电公司现货市场环境下购电成本分析出发，提出了协调售电模式下的交易决策模型，该模型基于光伏电价与现货电价的差值，借助储能设备，以售电公司购电成本最小化为决策目标，对分布式光伏发电曲线进行管理，实现光伏的优化利用;同时为售电公司在新代理关系下的现货申报提供依据，从而降低售电公司的购电成本。在此基础上提出了双方代理合约的定价机制，分别约定用以优化决策的价格及用以合约结算的价格，前者基于预测电价，后者基于实际电价，以保障代理双方的利益平衡。
（二）双层规划模型
分布式光伏并入配电网的规划中不仅要考虑光伏运营商的经济利益问题，还要考虑含有分布式光伏的配电网在运行过程中的技术性问题，其中包括配电网的有功网损和节点电压水平。因此，本文上层模型构建光伏运营商的年平均净收益最大、配电网平均有功网损最小、配电网年均节点电压偏差最小的多目标函数;下层模型计及分布式光伏并网运行时的分区协调控制策略，解决高渗透率分布式光伏并网引起的电压越限问题.其中，上层模型将光伏安装容量传递给下层，下层在已知光伏安装容量的基础上运行电压分区协调控制策略，然后将运行后的系统状态传递给上层。①在光伏并网规划中，建立的典型场景考虑光伏出力和负荷需求的季节性变化、天气性变化特点等实际情况，不仅能使规划模型更加合理，还能减少求解模型的计算量。②光伏规划模型中，不仅要顾及光伏运营商的经济型指标，还要考虑配电网的技术性指标.在求解多目标规划问题上，基于目标相对占优策略的CSO算法可以得到一个各个目标相对平衡的综合最优解。③与计及电压集中控制策略的光伏并网规划相比，考虑电压分区协调控制策略不但可以提高光伏运营商的净收益，还可以降低配电网的有功网损、改善配电网的节点电压质量.
（三）SD模型构建
SD是研究处理复杂系统问题的方法。该方法是定性与定量、系统整体思考与分析、综合与推理相结合的方法，在解决定性问题的效益评估、复杂系统形象化分析和系统动态效果评估等方面有着一定的成熟运用经验。推广到电力系统领域，SD方法也在需求响应资源效益评估、保底服务运营、可再生能源激励机制分析、配电网可持续发展能力评估等方面得到应用。进一步分析分布式PV电能共享系统的特点，由于共享价值受到补贴政策变化、分布式PV安装率变化等影响，且与各个因素之间存在较为复杂的关系，因此所构成的系统是一个包含多主体的复杂系统。同时，分布式PV的接入对配电网层面影响的传导机制是一个动态、长期积累和调整的过程，其效应跟随时间而变化。由于SD适合分析政策等影响下的复杂系统随时间的变化趋势，既能形象化地展现各复杂要素的交互关系，又能采用定性与定量相结合的方法，对有多重信息和因果反馈的系统进行建模和仿真，并且在处理周期性和长期性问题上具有优势，因此本文采用SD方法对分布式PV接入对配电公司利益、协调管理员共享价值、输配电价等方面带来的影响进行了模拟分析。
（四）中低压配电网的电压调节
低压配电网受投资经济性的限制，通信网薄弱、量测不全，缺少可控资源，缺乏调压手段，而现阶段不可控的分布式电源和可控资源如微型燃气轮机、储能设备、联络开关及可控负荷等的大量接入，使中压配电网形成具有一定协调控制能力的主动配电网（activedistributionnetwork，ADN）。现有关于配电网接纳分布式电源的研究都是针对单一电压等级的配电网，未考虑多电压等级配电网之间的相互影响。本文进行低压配电网分布式光伏接纳能力分析时，考虑多电压等级配电网的配合，提出利用中压主动配电网的调控能力，通过中低压配电网的相互影响缓解低压配电网调压手段缺乏，提升低压配电网接纳分布式光伏能力的方法。建立包含10kV主动配电网优化运行模型和380V辐射型低压配电网分布式光伏的选址定容模型的多电压等级配电网模型。分别用遗传算法和多目标进化算法求解，计算结果说明这种方法的有效性。针对低压配电网中负荷不同的情况，分析分布式光伏接入和调压对中压主动配电网电压水平的影响，以及低压配电网中负荷对接纳分布式光伏和调压方式的影响。 三、分布式光伏集群控制未来展望
对于分布式光伏的稳定并网和灵活控制问题，目前已有大量的研究成果。但是其研究的重点在于：（1）光伏阵列组合的精确建模，以实现光能利用效率的最大化;（2）逆变器的高性能变换技术，通过设计合理的元件参数和拓扑结构，配合有效的控制策略，以保证输出电流符合电能质量要求;（3）光伏发电系统与储能元件的配合，以期功率的稳定输出。
然而，分布式光伏发电单元单体可控性差且数量繁多，使得其集中调控困难。仅从光伏阵列群和逆变器组的控制入手，无法解决配电网中电压控制存在的有功-无功耦合及输配网间的耦合性，因此未来“分群自治-多級调控”的控制体系架构是重点研究方向：（1）集群控制，由于大量的光伏发电单元分散接入，调控对象协调困难，于是提出分布式光伏发电集群概念，将其作为一个整体接入系统，可实现灵活并网控制;（2）配电网内部光伏集群间的协调控制，通过有功无功协调的多时间尺度优化设定集群设备状态和最优运行点，最终实现配电网内部光伏发电集群功率的就近消纳;（3）输配网之间协同控制，以解决配电网区域内光伏高渗透接入后的功率外送问题。
四、结束语
①当分布式光伏接入配电网后，可以供给配电网局部的负荷需求甚至满足整个配电网的负荷，做到配电网电能的全部支持。光伏系统向配电网吸收的功率较少，并且会将光伏中的剩余功率反馈给配电网，其电压的有效支撑采用无功功率便可足够。②假设分布式光伏的接入位置不发生改变，其对配电网的电压支撑能力大小与光伏接入密度成正相关。③分布式光伏接入对配电网的电压影响与分布式光伏的母线接入距离相关，距离缩短，那么分布式光伏对配电网电压分布的影响也同步减弱。④在三相电网出现短路故障时，分布式光伏能够凭借其输出功率稳定配电网的电压;在配电网线路出现单相短路条件下，分布式光伏的输出功率虽然能够协助故障相恢复电压，但根据其并网特性用时也会升高非故障相的电压。⑤假设分布式光伏在已并网条件下从配电网推出，将会影响光伏并网接口处的电能质量。
参考文献：
[1]洪楠.分布式光伏发电对电能采集及线损的影响[J].中国高新科技，2021（02）： 36-37.
[2]李杰，杨冯顺.分布式光伏接入对农村配电网的影响分析以及相关管理措施[J].电力设备管理，2020（10）：141-144.
[3]丁慧.分布式光伏发电产业扶贫发展的挑战与对策[J].黄冈职业技术学院学报，2020，22（04）：87-90.
[4]王震.分布式光伏对配电网的影响及应对措施[J].通信电源技术，2019，36（12）： 246-247.
[5]黄力，喻恒凝，张思东，陈后全，唐超，黄云辉.分布式光伏和电动汽车接入对配电网谐波影响的分析[J].通信电源技术，2019，36（11）：15-18.
[6]李海啸，周林.含分布式光伏接入的辐射型配电网快速潮流计算[J].电工技术学报，2019，34（19）：4119-4134.
[7]杨磊.分布式光伏接入对江西配电网的影响及优化配置研究[D].南昌：南昌大学，2019.
[8]刘倩.并网分布式光伏对配电网电压影响研究[D].南京：东南大学，2016.
关键词：分布式光伏;并网入电;影响因素;电压分布
随着新一轮电力体制改革的深入，售电侧的放开，多元主体参与市场竞争成为必然趋势。分布式电源既可以成立售电公司，以独立售电模式参与市场，也可以通过其他售电公司代理，以协调售电的模式参与市场。目前对分布式电源市场化交易的研究主要集中在两个层面，一是研究市场环境下分布式电源的规划建设方案;二是研究分布式电源在市场环境下的运营及交易模式。在运营及交易模式方面，包括从宏观层面设计市场化运营模式的组织结构和机制、分析用户侧分布式电源的增值服务价值，从优化调度的角度分析虚拟电厂并网运行的算法实现、探讨分布式电源对售电公司运营的影响;再如对双边或多边交易、分布式电源集合商集中竞价交易等模式的设计分析等。其中双边或多边交易模式属于批发市场范畴，发电商与用户关系一一对应;而协调售电模式适合没有条件自主寻找用户，或进行复杂市场决策的发电商，由售电公司代理并管理分布式光伏的发电。特别是随着光伏与储能的协同发展，可有效改善光伏发电的间歇性和不确定性，使得光伏出力具备了可優化条件，为售电公司管理分布式光伏发电奠定了技术基础。
一、分布式光伏发电概述
光伏发电包括输电侧并网和配电侧并网两种类型，前者在大规模发电站中的应用价值较高，集中全部的电能融入电网，为电网调配提供基础。后者的发电规模小，形成的电能融入最近距离的配电网，电能被直接利用。分布式光伏发电系统通常是配电侧并网发电，具有高灵活度、高使用价值以及维护简单的优势。实际应用过程中，可全面利用休闲区域和屋顶等区域，实现电力设备的构建和规划，降低土地资源消耗，避免对生态环境造成严重的干扰。配电侧并网对接入要求较低，相应的电能为本地负荷提供服务，避免了输电线路电能传输损耗，极大增强了电能的利用效率。
二、分布式光伏并网对配电网电压的影响
（一）基于预测电价的优化决策价格
协调售电交易决策模型依赖于签约价格与现货价格的价差，且可优化范围与价差幅度紧密相关。对售电公司而言，价格差越大，可优化范围越大，优化效果越明显，因此保持一定的价格差距对售电公司有利。对分布式光伏而言，签约价格影响实际发电量，为追求一定的发电收益，分布式光伏将在保量的前提下争取高价。分布式电源如何参与市场是能源发展及市场建设过程中必须要解决的问题，特别对于中小型分布式电源来说，与售电公司合作是必然趋势。针对协调售电模式进行了深入分析，从售电公司现货市场环境下购电成本分析出发，提出了协调售电模式下的交易决策模型，该模型基于光伏电价与现货电价的差值，借助储能设备，以售电公司购电成本最小化为决策目标，对分布式光伏发电曲线进行管理，实现光伏的优化利用;同时为售电公司在新代理关系下的现货申报提供依据，从而降低售电公司的购电成本。在此基础上提出了双方代理合约的定价机制，分别约定用以优化决策的价格及用以合约结算的价格，前者基于预测电价，后者基于实际电价，以保障代理双方的利益平衡。
（二）双层规划模型
分布式光伏并入配电网的规划中不仅要考虑光伏运营商的经济利益问题，还要考虑含有分布式光伏的配电网在运行过程中的技术性问题，其中包括配电网的有功网损和节点电压水平。因此，本文上层模型构建光伏运营商的年平均净收益最大、配电网平均有功网损最小、配电网年均节点电压偏差最小的多目标函数;下层模型计及分布式光伏并网运行时的分区协调控制策略，解决高渗透率分布式光伏并网引起的电压越限问题.其中，上层模型将光伏安装容量传递给下层，下层在已知光伏安装容量的基础上运行电压分区协调控制策略，然后将运行后的系统状态传递给上层。①在光伏并网规划中，建立的典型场景考虑光伏出力和负荷需求的季节性变化、天气性变化特点等实际情况，不仅能使规划模型更加合理，还能减少求解模型的计算量。②光伏规划模型中，不仅要顾及光伏运营商的经济型指标，还要考虑配电网的技术性指标.在求解多目标规划问题上，基于目标相对占优策略的CSO算法可以得到一个各个目标相对平衡的综合最优解。③与计及电压集中控制策略的光伏并网规划相比，考虑电压分区协调控制策略不但可以提高光伏运营商的净收益，还可以降低配电网的有功网损、改善配电网的节点电压质量.
（三）SD模型构建
SD是研究处理复杂系统问题的方法。该方法是定性与定量、系统整体思考与分析、综合与推理相结合的方法，在解决定性问题的效益评估、复杂系统形象化分析和系统动态效果评估等方面有着一定的成熟运用经验。推广到电力系统领域，SD方法也在需求响应资源效益评估、保底服务运营、可再生能源激励机制分析、配电网可持续发展能力评估等方面得到应用。进一步分析分布式PV电能共享系统的特点，由于共享价值受到补贴政策变化、分布式PV安装率变化等影响，且与各个因素之间存在较为复杂的关系，因此所构成的系统是一个包含多主体的复杂系统。同时，分布式PV的接入对配电网层面影响的传导机制是一个动态、长期积累和调整的过程，其效应跟随时间而变化。由于SD适合分析政策等影响下的复杂系统随时间的变化趋势，既能形象化地展现各复杂要素的交互关系，又能采用定性与定量相结合的方法，对有多重信息和因果反馈的系统进行建模和仿真，并且在处理周期性和长期性问题上具有优势，因此本文采用SD方法对分布式PV接入对配电公司利益、协调管理员共享价值、输配电价等方面带来的影响进行了模拟分析。
（四）中低压配电网的电压调节
低压配电网受投资经济性的限制，通信网薄弱、量测不全，缺少可控资源，缺乏调压手段，而现阶段不可控的分布式电源和可控资源如微型燃气轮机、储能设备、联络开关及可控负荷等的大量接入，使中压配电网形成具有一定协调控制能力的主动配电网（activedistributionnetwork，ADN）。现有关于配电网接纳分布式电源的研究都是针对单一电压等级的配电网，未考虑多电压等级配电网之间的相互影响。本文进行低压配电网分布式光伏接纳能力分析时，考虑多电压等级配电网的配合，提出利用中压主动配电网的调控能力，通过中低压配电网的相互影响缓解低压配电网调压手段缺乏，提升低压配电网接纳分布式光伏能力的方法。建立包含10kV主动配电网优化运行模型和380V辐射型低压配电网分布式光伏的选址定容模型的多电压等级配电网模型。分别用遗传算法和多目标进化算法求解，计算结果说明这种方法的有效性。针对低压配电网中负荷不同的情况，分析分布式光伏接入和调压对中压主动配电网电压水平的影响，以及低压配电网中负荷对接纳分布式光伏和调压方式的影响。 三、分布式光伏集群控制未来展望
对于分布式光伏的稳定并网和灵活控制问题，目前已有大量的研究成果。但是其研究的重点在于：（1）光伏阵列组合的精确建模，以实现光能利用效率的最大化;（2）逆变器的高性能变换技术，通过设计合理的元件参数和拓扑结构，配合有效的控制策略，以保证输出电流符合电能质量要求;（3）光伏发电系统与储能元件的配合，以期功率的稳定输出。
然而，分布式光伏发电单元单体可控性差且数量繁多，使得其集中调控困难。仅从光伏阵列群和逆变器组的控制入手，无法解决配电网中电压控制存在的有功-无功耦合及输配网间的耦合性，因此未来“分群自治-多級调控”的控制体系架构是重点研究方向：（1）集群控制，由于大量的光伏发电单元分散接入，调控对象协调困难，于是提出分布式光伏发电集群概念，将其作为一个整体接入系统，可实现灵活并网控制;（2）配电网内部光伏集群间的协调控制，通过有功无功协调的多时间尺度优化设定集群设备状态和最优运行点，最终实现配电网内部光伏发电集群功率的就近消纳;（3）输配网之间协同控制，以解决配电网区域内光伏高渗透接入后的功率外送问题。
四、结束语
①当分布式光伏接入配电网后，可以供给配电网局部的负荷需求甚至满足整个配电网的负荷，做到配电网电能的全部支持。光伏系统向配电网吸收的功率较少，并且会将光伏中的剩余功率反馈给配电网，其电压的有效支撑采用无功功率便可足够。②假设分布式光伏的接入位置不发生改变，其对配电网的电压支撑能力大小与光伏接入密度成正相关。③分布式光伏接入对配电网的电压影响与分布式光伏的母线接入距离相关，距离缩短，那么分布式光伏对配电网电压分布的影响也同步减弱。④在三相电网出现短路故障时，分布式光伏能够凭借其输出功率稳定配电网的电压;在配电网线路出现单相短路条件下，分布式光伏的输出功率虽然能够协助故障相恢复电压，但根据其并网特性用时也会升高非故障相的电压。⑤假设分布式光伏在已并网条件下从配电网推出，将会影响光伏并网接口处的电能质量。
参考文献：
[1]洪楠.分布式光伏发电对电能采集及线损的影响[J].中国高新科技，2021（02）： 36-37.
[2]李杰，杨冯顺.分布式光伏接入对农村配电网的影响分析以及相关管理措施[J].电力设备管理，2020（10）：141-144.
[3]丁慧.分布式光伏发电产业扶贫发展的挑战与对策[J].黄冈职业技术学院学报，2020，22（04）：87-90.
[4]王震.分布式光伏对配电网的影响及应对措施[J].通信电源技术，2019，36（12）： 246-247.
[5]黄力，喻恒凝，张思东，陈后全，唐超，黄云辉.分布式光伏和电动汽车接入对配电网谐波影响的分析[J].通信电源技术，2019，36（11）：15-18.
[6]李海啸，周林.含分布式光伏接入的辐射型配电网快速潮流计算[J].电工技术学报，2019，34（19）：4119-4134.
[7]杨磊.分布式光伏接入对江西配电网的影响及优化配置研究[D].南昌：南昌大学，2019.
[8]刘倩.并网分布式光伏对配电网电压影响研究[D].南京：东南大学，2016.