CN109524991A - 一种分布式光伏接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光伏接入方法，所述光伏发电通过分线箱和环网柜并网至电网，所述分线箱和环网柜形成即插即用的插座装置，通过提前预测评估分布式光伏能源的发展，优化接入点的规划布局，对电网各电压等级光伏发电接纳能力的科学分析和精确计算的基础上，科学设置插座装置数量和具体位置，合理布局插座装置点。基于聚类技术的“插座式”分布式光伏接入方法，实现分布式光伏以插头插入插座的方式并网接入，绘制“分布式光伏并网插座地图”为政府制定分布式光伏发展规划提供论证支撑，为配电网网格化规划方案修编提供建议参考，确保光伏并网项目安全、经济、有序、便捷接入，实现光伏高效并网，解决当前分布式光伏并网存在的接入无序问题。

Description

一种分布式光伏接入方法

技术领域

本发明属于电网接入并网领域，尤其涉及一种分布式光伏接入方法。

背景技术

新能源中的光伏发电目前是一种较为成熟、可靠的技术，并已经逐渐从过去的独立系统朝大规模分布式并网方向发展，也是能源转型和新一代电力系统的重要组成部分。2012年起，我国新能源发展迅速进入快速增长阶段，截至2016 年新能源发电装机容量已达世界第一,近年来我国部分地区分布式光伏呈现井喷式增长态势。杭州地区是全国光伏发展较快的区域之一，截至2017年底,杭州电网内可再生能源装机容量达到近1200兆瓦,其中光伏发电350余兆瓦。杭州地区光伏资源禀赋优越，以杭州境内的建德市为例，山地和丘陵占建德市总面积的88.6％，年平均日照时数达到1756.7小时，特别以7、8两月最长，月平均日照时数在220小时以上，在浙江全省范围内地域优势明显。

但是随着新能源大规模开发，渐渐出现政策法规的更新速度慢于光伏特别是分布式光伏发展的速度，同时光伏的管理部门较多导致相关配套政策在制定时缺乏统筹协调的问题，我国局部地区出现弃风、弃光问题。政府高度重视新能源消纳问题，相应出台一系列政策文件，建立投资监测预警机制，严控弃发限电严重地区新能源发展，对新能源发展总量进行控制，优先保障新能源消纳。

目前国内对于屋顶分布式光伏并网普遍采用“先来先接、逐个接入”的并网管理模式，随着光伏并网项目的增多，该管理模式在工作效率、时间周期及并网安全性等方面存在的问题日益凸显，存在以下弊端：

一是目前的电网规划缺乏对新能源发电接入和消纳的分析研究，已无法满足当前基于“源-网-荷-储”的电网发展要求，所采用的“先来先接、逐个接入”的分布式光伏并网管理模式缺乏对光伏并网的有效管控，其在引发网架结构混乱、运行方式不合理等问题的同时，随着光伏并网项目的增加也将带来新一轮的电网改造，大幅增加电网的冗余投资。

二是随着光伏发电项目相关政策的落地，分布式光伏项目猛增，工作量超过服务承载，造成光伏配套电网工程实施周期无法满足用户需求，导致用户光伏项目“并网难”，影响了光伏项目服务质量。

三是分布式光伏发电大多采用就近接入方式，接入点多、分布面广，接线形式复杂多变，自动化、信息化程度较低，特别在调度管理方面，与传统的无源配电网相比，光伏发电系统的接入不仅使配电网变成有源网而变得更加复杂，需要协调控制的对象也大大增加，调度管理难度增强；在运行检修方面，分布式的光伏发电系统接入公共电网，使配电网中电源点数量增加，电源点分散、单点规模小、电压波动性大、具有不稳定性，将可能在电网调峰、安全备用、电压稳定和频率安全稳定等方面带来一定影响，显著增加运行管理难度。

发明内容

本发明所要达到的目的就是提供一种分布式光伏接入方法，该方法基于聚类技术的“插座式”分布式光伏接入方法，实现分布式光伏以插头插入插座的方式并网接入，绘制“分布式光伏并网插座地图”为政府制定分布式光伏发展规划提供论证支撑，为配电网网格化规划方案修编提供建议参考，确保光伏并网项目安全、经济、有序、便捷接入，实现光伏高效并网，解决当前分布式光伏并网存在的接入无序问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种分布式光伏接入方法，所述光伏发电通过分线箱和环网柜并网至电网，所述分线箱和环网柜形成即插即用的插座装置，

通过提前预测评估分布式光伏能源的发展，优化接入点的规划布局，

对电网各电压等级光伏发电接纳能力的科学分析和精确计算的基础上，科学设置插座装置数量和具体位置，合理布局插座装置点。

进一步的，所述对电网各电压等级光伏发电接纳能力的咳血分析和精确计算包括：光伏资源评估分析、插座装置优化配置、以及引导靶向接入。

进一步的，所述光伏资源评估分析：

将若干个相邻的区域分类等级相同或接近的、屋顶性质或对可靠性要求基本一致的地块组成一个用电网格，以统一网格建设改造原则；

对每个网格区域的现有屋顶资源逐个分析和模拟预测，精确统计每个屋顶的光伏发电规模，计算区域光伏装机容量，分析屋顶式光伏接入与电网消纳能力的匹配度。

进一步的，所述插座装置优化配置：通过聚类分析布局，科学设置插座装置点的位置和容量，并通过电网潮流分析优化插座装置的设置，实现分布式光伏发电项目统一上网和管理。

进一步的，所述聚类分析布局包括对多个小型光伏系统聚集及接入位置的计算分析，通过对选取区域屋顶位置的分析，以屋顶为中心确定K个中心点，根据泰森多边形算法的约束条件，对周围区域向最近中心点进行聚类靠拢，从而初步计算出每一块区域内屋顶式光伏资源理想接入点，得到初级的插座装置布局模式。

进一步的，初级的插座装置布局模式结合插座装置接入点的最大光伏容量、接入线路或变电站的消纳能力，获得插座装置位置和容量。

进一步的，结合现有线路和目标网架的规划以及线路的负载水平，分析接入满载分布式光伏的插座装置后，根据各线路的可靠性水平、负载平衡、电压质量和短路电流，对插座装置接入电网的方式进行优化。

进一步的，插座装置接入点在聚类分析方法的基础上，还要满足：

F＝min S＝λ₁f₁+λ₂f₂+λ₃f₃+λ₄f₄

式中λ₁、λ₂、λ₃、λ₄分别为各个目标函数f的加权系数，均大于等于0，可以通过赋予其不同的值来接入点的选取对某一目标函数的重视程度，满足λ₁+λ₂+λ₃+λ₄＝1。

进一步的，所述目标函数表述的为建设投资、电压质量、短路电流以及线路损耗，具体目标函数为：

进一步的，对目标化函数进行归一化处理，消除量纲：

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：本发明提出的新型分布式光伏接入方法通过优化配置插座装置，结合区域内具体线路的可接入容量和分布式能源资源分布特点，应用聚类分析的数学方法选取最优分布式能源接入点位置，并结合建设投资、电压质量、短路电流、线路损耗等指标参数的约束条件，对接入点的数量、可接入容量以及接入方案进行优化。该方法不需要再对光伏接入项目进行逐个的接入检验，而可以直接根据插座装置预留的容量，提前打通各部门审核环节，简化工作流程，大幅度显著提高光伏并网工作效率和客户服务效率和客户满意度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明中实施例的插座装置接入示意图；

图2为本发明中实施例的安仁工业园区光伏资源评估结果；

图3为本发明中实施例的插座装置位置和容量优化示意图；

图4为本发明中实施例的安仁工业园区分布式光伏并网插座装置地图。

具体实施方式

实施例：

如图1所示，本发明涉及一种分布式光伏接入方法，所述光伏发电通过分线箱和环网柜并网至电网，所述分线箱和环网柜形成即插即用的插座装置，通过提前预测评估分布式光伏能源的发展，优化接入点的规划布局，对电网各电压等级光伏发电接纳能力的科学分析和精确计算的基础上，科学设置插座装置数量和具体位置，合理布局插座装置点。所述对电网各电压等级光伏发电接纳能力的咳血分析和精确计算包括：光伏资源评估分析、插座装置优化配置、以及引导靶向接入。

从光伏资源评估分析、插座装置优化配置、引导靶向接入三个层面对分布式光伏优化接入，建立光伏并网如插头直接插进插座般并网模式，确保光伏并网工作安全、经济、有序、便捷。

在本实施例中，“插座”作为一种功能性的装置，以现有电网设备为基础，在光伏发电并网管理工作过程中通过分线箱、环网柜的功能形式发挥“即插即用”的作用。

在本实施例中，利用配电网规划中网格化分析方法，在电网发展规划中网格划分依据的基础上，结合光伏特性，将若干个相邻的区域分类等级相同或接近的、屋顶性质或对可靠性要求基本一致的地块组成一个用电网格，以统一网格建设改造原则。通过高精度的卫星航拍地图，对每个网格区域的现有屋顶资源逐个分析和模拟预测，精确统计每个屋顶的光伏发电规模，计算区域光伏装机容量，分析屋顶式光伏接入与电网消纳能力的匹配度。

在分析过程中，本方法结合目前行业常规屋顶光伏发电能力数据，通过网格化分析预测园区屋顶式光伏装机容量高中低三个发展水平，对园区屋顶式光伏资源总量准确统计预测，并同政府用地规划、电网规划保持一致，有益于未来各个网格内光伏项目的管理和维护运行。

具体的，在本实施例中，选取建德市安仁工业园区作为试点区域，应用“插座式”接入方法对该园区将安仁工业园区分别按区域分为A、B两个网格。通过对网格内的屋顶资源的分析计算，可分别计算出安仁工业园区屋顶式光伏总装机容量在7到11兆瓦之间，计算结果如图2所示。

为了解决大量光伏无序接入带来的管理难题，在本实施例中，提前设置“插座点”的方式，通过对多个小型系统聚集及接入位置的计算分析，科学设置插座装置点的位置和容量，并通过电网潮流分析优化插座装置的设置，实现屋顶式光伏发电项目统一上网和管理。

为了增强插座装置位置选取的科学合理性，在网格化区域的卫星航拍图的基础上，利用数学方法对图中网格多个分散型屋顶的进行聚类分析，实现对屋顶资源的统计整合。

考虑到目前尚无相关的以前成功分析过的历史数据，故选择K-均值的分散性算法。该算法简洁快速，在分类性聚集过程中，采用泰森多边形算法构建德洛内(Delaunay)三角网进行聚类，并通过绘制沃罗诺伊图(Voronoi Diagram) 的方式来更加直观地展示聚类结果。通过对选取区域屋顶位置的分析，以屋顶为中心确定K个中心点，根据泰森多边形算法的约束条件，对周围区域向最近中心点进行聚类靠拢，从而初步计算出每一块区域内屋顶式光伏资源理想接入点，得到初级的插座装置布局模式。

初步的插座装置布局建立在纯粹的数学方法上，但实际的插座装置的布局不仅要考虑其最优位置，还要考虑其容量，考虑是否能够被电网有效消纳。因此需要结合插座装置接入点的最大光伏容量、接入线路或变电站的消纳能力等因素，进一步优化插座装置布局，协调分布式光伏接入和电网运行。

为了避免因为线路或其他分布式光伏的故障带来的对其他系统的可靠性影响，每个插座装置接入点的最大容量应控制在1.5到2.5兆瓦之间。此外，考虑插座装置建设的有效使用面积，插座装置接入点的总数量不超过12个，最佳控制在5到12之间。插座装置位置和容量优化结果如图3所示。

在确定设置插座装置数量后，结合现有线路和目标网架的规划以及线路的负载水平，分析接入满载分布式光伏的插座装置后，各线路的可靠性水平、负载平衡、电压质量和短路电流的影响等多方面因素，对插座装置接入电网的方式进行优化，保证电网的安全可靠运行，同时减少后续光伏项目并网的方案设计工作量。

聚类分析方法下的接入点分布只是基于地理特点的最优解，实际的接入点选取需要考虑更多的约束条件，如建设投资、电压质量、短路电流、线路损耗等，其函数表示如下：

对以上目标函数进行归一化处理，消除量纲，结果如下：

上述各项指标的目标函数值越小，“插座式”接入点的设置越趋于合理。因此，最终优化的接入点在聚类分析方法的基础上，还要满足以上约束的目标函数之和最小，最终的目标函数可表示为：

F＝min S＝λ₁f₁+λ₂f₂+λ₃f₃+λ₄f₄

式中λ₁、λ₂、λ₃、λ₄分别为各个目标函数的加权系数，均大于等于0，可以通过赋予其不同的值来接入点的选取对某一目标函数的重视程度，满足λ₁+λ₂+λ₃+λ₄＝1。

为了将插座式光伏接入方法的成果可视化转化，引导分布式光伏靶向接入，一方面主动介入光伏项目接入管理工作，将传统的光伏接入模式由“无序被动”变成“有序主动”；另一方面主动对接政府，为政府新能源发展规划工作提供辅助支撑。具体的，建德市安仁工业园区的“分布式光伏并网插座地图”如图4 所示。

本发明提出一种新型基于聚类技术的“插座式”分布式光伏接入方法，通过提前预测评估分布式新能源的发展，优化接入点的规划布局，在对电网各电压等级光伏发电接纳能力的科学分析和精确计算的基础上，科学设置“插座”数量和具体位置，合理布局插座装置点，变被动为主动，前瞻性做好主动配电网和智能电网的建设工作，保障电网安全稳定经济运行，将光伏发电并网管理工作带入了“即插即用”的新时代。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。

Claims (10)

1.一种分布式光伏接入方法，其特征在于，所述光伏发电通过分线箱和环网柜并网至电网，所述分线箱和环网柜形成即插即用的插座装置，

通过提前预测评估分布式光伏能源的发展，优化接入点的规划布局，

对电网各电压等级光伏发电接纳能力的科学分析和精确计算的基础上，科学设置插座装置数量和具体位置，合理布局插座装置点。

2.根据权利要求1所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述对电网各电压等级光伏发电接纳能力的咳血分析和精确计算包括：光伏资源评估分析、插座装置优化配置、以及引导靶向接入。

3.根据权利要求2所述分分布式光伏接入方法，其特征在于，所述光伏资源评估分析：

将若干个相邻的区域分类等级相同或接近的、屋顶性质或对可靠性要求基本一致的地块组成一个用电网格，以统一网格建设改造原则；

对每个网格区域的现有屋顶资源逐个分析和模拟预测，精确统计每个屋顶的光伏发电规模，计算区域光伏装机容量，分析屋顶式光伏接入与电网消纳能力的匹配度。

4.根据权利要求3所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述插座装置优化配置：通过聚类分析布局，科学设置插座装置点的位置和容量，并通过电网潮流分析优化插座装置的设置，实现分布式光伏发电项目统一上网和管理。

5.根据权利要求4所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述聚类分析布局包括对多个小型光伏系统聚集及接入位置的计算分析，通过对选取区域屋顶位置的分析，以屋顶为中心确定K个中心点，根据泰森多边形算法的约束条件，对周围区域向最近中心点进行聚类靠拢，从而初步计算出每一块区域内屋顶式光伏资源理想接入点，得到初级的插座装置布局模式。

6.根据权利要求5所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，

初级的插座装置布局模式结合插座装置接入点的最大光伏容量、接入线路或变电站的消纳能力，获得插座装置位置和容量。

7.根据权利要求6所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，结合现有线路和目标网架的规划以及线路的负载水平，分析接入满载分布式光伏的插座装置后，根据各线路的可靠性水平、负载平衡、电压质量和短路电流，对插座装置接入电网的方式进行优化。

8.根据权利要求7所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，插座装置接入点在聚类分析方法的基础上，还要满足：

F＝minS＝λ₁f₁+λ₂f₂+λ₃f₃+λ₄f₄

式中λ₁、λ₂、λ₃、λ₄分别为各个目标函数f的加权系数，均大于等于0，可以通过赋予其不同的值来接入点的选取对某一目标函数的重视程度，满足λ₁+λ₂+λ₃+λ₄＝1。

9.根据权利要求8所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，所述目标函数表述的为建设投资、电压质量、短路电流以及线路损耗，具体目标函数为：

10.根据权利要求9所述的分布式光伏接入方法，其特征在于，对目标化函数进行归一化处理，消除量纲：