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國網山東沂水供電:基于分布式光伏規模化開發的電能質量問題治理

2024-11-07分類:CPEM推薦 / CPEM推薦來源:CPEM全國電力設備管理網
【CPEM全國電力設備管理網】

導語

2024年10月18日,在“第5屆電力人工智能大會暨第3屆電力行業數字化轉型大會”上,第3屆“智創獎”電力數智化轉型技術創新應用評選結果公布。

國網山東省電力公司沂水縣供電公司憑借其“基于分布式光伏規模化開發的電能質量問題治理”案例,獲得“新型配電系統網源互動創新應用案例獎”。



01

應用成效



1

通過開展分布式光伏電能質量全域監測建設,公司層面建立起電能質量監測體系,利用現有系統和RPA數字員工技術等技術,實時智能采集光伏用戶的電壓越限和諧波超標問題,實現縣域分布式光伏電壓、電流、諧波監測全覆蓋。

2

通過開展10kV并網分布式光伏功率調節控制建設,實現10千伏并網分布式光伏功率平滑條件,實現縣域18個光伏電站光伏功率調節控制改造,在光伏電站所在線路出現負荷返供時,根據上級調度指令通過調度主站對光伏電站AGC/AVC進行設點,降低光伏電站有功出力,如整條線路功率因數偏低,則通過光伏電站發無功,提升線路功率因數,提高線路的電能質量。

3

通過開展10kV并網分布式光伏電站配套儲備建設,分布式光伏消納能力進一步增強,通過已安裝的2套配套儲能及39套臺區儲能系統,當10千伏支線或整條線路出現返供現象時,進行充電儲能,在夜間用電高峰時段進行放電,提升就地就近消納能力,同時要求具備充放電時間控制和AGC/AVC調節功能。

4

通過開展光伏臺區電能質量區域自治試點建設。根據設定的電壓越限閾值和預定的調整策略,自動調節有載調壓分接頭檔位、智能電容投切數量和逆變器發電功率,當末端客戶電壓低壓198V時,首先對就近逆變器出口電壓進行升壓,如不能解決再分析臺區功率因數,如功率因數低壓0.9,則增容電容投入數量,提升功率因數,最后對有載變壓器分接頭進行升檔調整,確保臺區客戶端電壓穩定在210伏-235伏之間,提升臺區用戶電壓合格率,確保電壓合格率保持在99.5%以上,徹底解決光伏臺區電壓頻繁越限難題。

5

通過開展分布式光伏分層協調控制試點。沂水公司分布式光伏線路仿真精度達到97%,優化控制響應時間達到12s。自2023年3月至今,有效提高了應用范圍內配電網決策分析水平,2023年共生成配電網優化控制策略并下發128次,降低了應用地區因分布式光伏發電異常造成的經濟損失,有效提高了有源配電網精益化運行管控水平。

沂水公司通過低壓柔性直流輸電、SVG+C、10kV光伏線路加裝并補等技術應用手段,在變電站層面,通過AVC調壓模塊可以實現10千伏母線電壓自動調節;在10kV線路層面,通過并列補償裝置優化調整10千伏線路中后段功率因數,從而實現電壓區域調節;在臺區側,通過融合終端+有載調壓變壓器+客戶逆變器+隨器補償電容,從而實現臺區電壓區域自治;在客戶側,通過加裝SVG+C或補償電容,有效解決分布式發電帶來的電壓越限問題和功率因數不足問題,通過專變升壓、一點并網開發整村開發分布式光伏,進行10kV并網分布式光伏功率調節和配套儲能建設,同步開展光伏臺區電能質量區域自治,破解分布式光伏大量并網帶來的設備反向重過載和電壓越限難題。建成基于“整村+光伏+儲能”分布式光伏柔性控制和電能質量區域自治示范工程。






02

技術路線



1.實施一二次融合開關臺區智能融合終端+光伏智能斷路器2條技術路線,在國網公司率先開展分布式光伏諧波監測,為分布式光伏對電能質量的影響和問題溯源打好硬件基礎。建成公司綜合監控中心和供電所綜合監控室,構建公司“1+18”兩級監控體系,以工單驅動業務為核心,融合調控、營銷、運檢專業數據,應用數字員工技術進行大數據分析,通過供服系統平臺,自動派發異常問題工單至責任單位,實現縣域分布式光伏全域、全時段監測、分析和問題閉環治理。


2.在10千伏并網分布式光伏升壓站綜合控制柜內安裝具備AGC/AVC功能的多合一終端,通過5G通訊將分布式光伏電站接入地調系統,通過自動化主站系統對分布式光伏運行功率在0.1-1調節范圍內進行設點,對10千伏并網的分布式光伏電站發電功率進行實時調控,若線路整體功率因數偏低,可通過光伏電站輸出無功,對該線路進行功率因數調節,從而改善線路電能質量,在線路出現功率反供問題時,通過調節光伏電站有功出力,從而實現功率控制功能。在春節等特殊時段,可通過地調主站,實現分布式光伏群控。


3.云儲能是解決中低壓并網分布式光伏消納能力不足的有效手段,在光伏側配置裝機容量10%-15%的儲能,在11:00-14:00光伏發電高峰時段進行充電,在18:00-21:00用電高峰時段進行放電,解決光伏發電和用電負荷時間不耦合問題,通過云儲能實現發電、用電功率平衡,為大電網負荷平衡起到輔助作用。


4.提出新九域分布式光伏臺區調壓策略,迭代開發調壓程序,通過臺區智能融合終端,對有載調壓變壓器、客戶逆變器、智能電容進行控制,根據臺區電壓實時情況,采集臺區出口、光伏并網點、臺區低壓線路起始、中間、末端和各個支線末端等各節點電壓情況,通過融合終端進行邊緣計算和精準分析,根據設定的電壓越限閾值和預定的調整策略,自動調節有載調壓分接頭檔位、智能電容投切數量和逆變器發電功率,當末端客戶電壓低壓198V時,首先對就近逆變器出口電壓進行升壓,如不能解決再分析臺區功率因數,如功率因數低壓0.9,則增容電容投入數量,提升功率因數,最后對有載變壓器分接頭進行升檔調整,確保臺區客戶端電壓穩定在210伏-235伏之間,提升臺區用戶電壓合格率,確保電壓合格率保持在99.5%以上。


5.應用由中國電力科學研究院有限公司開發的“適應大規模分布式電源接入的分層協調控制與仿真分析軟件”,部署在國網山東省電力公司沂水縣供電公司,接入饋線規模達112條,接入臺區225個,接入分布式光伏438個,支持112條接入分布式光伏的有源配電網分層協調控制與高精度仿真,分層協調控制和仿真分析兩大部分功能,其中分層協調控制包括包括電壓無功控制、有功無功協調、多層級協調控制和分布式電源群調群控四個模塊;仿真分析包括:功率協同仿真、支路安全性校核仿真、網絡重構仿真、風險防控策略仿真四個仿真模塊。仿真精度達到97%,優化控制響應時間達到12s。





03

應用場景



分布式光伏電能質量全域監測建設適用于分布式光伏發展規模大,并網分布式光伏數量多,容量大,且分布式光伏對電能質量造成較大影響的縣區。沂水公司安裝一二次融合開關35套,臺區智能融合終端2750臺,光伏智能斷路器8000臺,建成綜合監控中心1個,供電所綜合監控室18處,梳理監控制度6項,開展監控業務4類,日平均處理光伏異常問題221項。

1

在寺前官莊、東河北等10kV并網分布式光伏電站,部署安裝具備AGC/AVC功能的多合一終端21臺,實現縣域除扶貧光伏外的10kV并網分布式光伏電站全覆蓋,有效解決分布式光伏就地就近消納能力不足問題。


2

在分布式光伏側部署云儲能建設,完成寺前官莊、恒泰紡織、高家石嶺等多場景的分布式儲能建設,總并網容量3.9兆瓦/7.8兆瓦時,配合縣域國電新源智儲100兆瓦/200兆瓦時和黃山京能14兆瓦/28兆瓦時2個集中式儲能,實現分布式光伏發電就地、就近消納目標。


3

隨著分布式光伏規模化發展和小微企業井噴式發展,光伏臺區電壓呈高頻率電壓越限趨勢,光伏發電時段高電壓問題嚴重,小微企業生產時低電壓問題突出,為解決該問題,沂水公司在寺前官莊等15個光伏臺區開展試點,提出新九域調壓策略,開發調壓程序1套,并寫入智能融合終端容器,對臺區有載調壓變壓器、光伏逆變器、智能電容進行控制,實現分布式光伏臺區電壓精準快速調節,解決了光伏臺區電壓頻繁波動越限難題。


4

作為分布式光伏規模化開發試點縣,沂水并網分布式光伏達到8240戶,容量達到363.04兆瓦,給中低壓電網安全運行帶來諸多問題,通過部署應用“適應大規模分布式電源接入的分層協調控制與仿真分析軟件”支持112條接入分布式光伏的有源配電網分層協調控制與高精度仿真,分層協調控制和仿真分析兩大部分功能,其中分層協調控制包括:包括電壓無功控制、有功無功協調、多層級協調控制和分布式電源群調群控四個模塊;仿真分析包括:功率協同仿真、支路安全性校核仿真、網絡重構仿真、風險防控策略仿真四個仿真模塊。仿真精度達到97%,優化控制響應時間達到12s。





04

典型經驗和推廣前景


典型經驗













1.目前,在沂水縣已完成所有分布式光伏一二次融合開關和光伏臺區智能融合終端、光伏智能斷路器安裝調試,率先應用網源分界開關,具備分布式光伏電壓、電流、諧波、功率等信息采集監控功能,實現縣域采集全覆蓋,建成縣域綜合監控中心和18個綜合監控室,完善2級監控體系,實現分布式光伏全域、全時段監控,并采取工單驅動業務模式,變事后被動介入為事前主動服務。目前該模式已在國網各網省公司推廣應用。

2.截至目前,沂水公司已完成除扶貧光伏外的所有10千伏并網分布式光伏加裝多合一控制終端改造,全部具備AGC/AVC調節功能,通過地調主站,可以實現縣域10千伏并網分布式光伏功率在0.1-1之間群控群調,提升電網運行控制能力。目前該模式已在山東公司大范圍應用。

3.目前,已安裝的2套分布式光伏配套儲能及39套光伏臺區配套儲能系統,解決分布式光伏發電與用電負荷在時空上不耦合問題,在光伏發電高峰時段進行充電,在用電負荷高峰期進行放電,提升就地消納能力,減少發電負荷反供。

4.目前,已在寺前官莊、徐家榮仁等15個光伏臺區建成光伏臺區電能質量區域自治系統,以臺區融合終端為核心,對當前電壓問題進行解耦分析,對有載調壓變壓器、客戶逆變器、智能電容等可調資源進行調控,解決分布式光伏臺區電壓頻繁撥動越限難題,該項試點受到國網公司、中國電科院、山東大學等專家高度評價,山東臨沂公司等單位正在大范圍推廣試用。



推廣前景













在分布式光伏高比例接入區域,部署安裝分布式光伏分層協調控制軟件,對中低壓電網運行情況進行仿真分析,提前預判電網存在的安全問題,并針對性地采取事前管控措施,消除運行隱患,避免因分布式光伏導致的設備故障,提升供電可靠性,該成果已在山東公司部署,具有很高的應用價值。

從效益價值方面分析:

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設備運維方面:通過安裝一二次融合開關、光伏保護開關和臺區融合終端實現分布式光伏“可觀、可測、可控、可調”,每年可節約人工運維成本約32萬元,極大降低了人工運維成本。

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節能減排方面:通過科學管理分布式光伏并網,盡量在時空方面實現光伏發電和用電負荷保持契合,實現光伏發電就地就近消納,充分挖掘綠電效能,每年減少二氧化碳排放2640噸。

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降損增效方面:同和科學規劃,統籌安排中低壓光伏發電并網點位置,分布式光伏發電時段電能輸送距離平均縮短2.7公里,線路損耗降低到2.31%,年均節約電網運行成本約67.2萬元。

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指標方面:管理模式從事后緊急介入向事前預控轉變,各項指標均出現提升。截至目前,沂水縣居民電壓合格率達到98%以上,連續五年無電壓類投訴,設備反向重過載實現動態清零,成功獲評2022年度國網公司先進性示范區。

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社會效益方面:對政府,推動構建“地方政府主導、專業機構參與”光伏電站運維管理機制,規范新能源健康有序發展,推動節能降損和綠色發展。對行業,通過開展提升行動,形成典型管理經驗,推廣沂水發展模式,實現行業健康發展。對電網企業,健全光伏管理和降損管理系列制度,優化管理模式,構建規范、標準的管理體系,推動企業發展,推動能源改革。


目前,中電聯可靠性中心、國網科技部、設備部、天津大學、山東大學、中國電科院、國網聯研院等專家領導多次到沂水進行現場調研,對沂水光伏開發建設管理模式和電能質量分析治理探索工作給予高度評價,其中中電聯可靠性中心處長認為“進行了有益的探索、走在了前列”的評價,認為該模式具備很大的復制和推廣價值。




參與單位:國網山東省電力公司沂水縣供電公司

參與人員:武光升、李珊、劉兆亮、楊銳、劉鵬達、孫子寒、龐世超、崔錫斌、賈云龍

END



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