Page 13 - 电力与能源2022年第五期
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徐呈程, 等: 基于神经网络预测的配电网光伏消纳能力评估方法                                   3 5
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              发展“ 十三五” 规划》 和《 可再生能源“ 十三五” 规                    最少的改动或投资来消纳最多的光伏能源, 是目
              划》 的落实, 国家对电力系统网络尤其是配电网的                         前诸多存在大规模光伏接入的配电网急需解决的
              升 级 发 展 提 出 了 大 力 加 强 改 造 的 要 求。 在               问题。
              2021 年两会中,“ 碳达峰” 和“ 碳中和” 首次被写入
                                                              1  配电网光伏消纳能力相关研究
              政府工作报告中, 国家希望积极发展分布式能源,
              并鼓励配电网端尽可能消纳。诸多分布式新能源                                对于配电网大规模光伏接入的消纳方式, 有
              中, 分布式光伏能源以相对的环保性、 资源易获得                         以下两种方式。第一种是动态仿真法, 主要基于

              性, 以及发电设备的易维护性, 受到各方青睐。                          各种电力仿真软 件对各种光伏消纳方式进行模
                   国家能源局印发的《 公布整县( 市、 区) 屋顶分                   拟, 从而分析出大致的配电网光伏承载能力。文
              布式光伏开发试点名单的通知》 中指出,“ 我国建                         献[ 1 ] 利用光伏出力与电压波动的相互关系, 建立
              筑屋顶资源丰富, 分布广泛, 开发建设屋顶分布式                         光伏并网的电压偏差模型, 通过改进反映母线电
              光伏潜力巨大”。通知中要求, 对于接入光伏的建                          压状况的 4 项指标, 提出了一种评估光伏接入后
              筑主体, 党政机关建筑的光伏设备安装量不低于                           电压波动情况的方法, 由此, 通过软件模拟可以实
              建筑屋顶总面积的 50% , 学校医院等公共设施不                        现对光伏接入消纳水平的分析。文献[ 2 ] 通过建
              低于 40% , 企业厂房不低于 30% , 农村住宅不低                    立一种标准化的降维( Reduced-Order ) 模型来模
              于 20% 。同 时, 对 于 屋 顶 光 伏 的 建 设 也 提 出 了            拟多样化的光伏电源接入的安全快速部署, 并利
              “ 宜建尽建” 和“ 应接尽接” 两项原则。在这样的背                      用强化搜索算法遍历多种光伏接入的可能情况,
              景下, 大规模的光伏接入势必成为未来新能源的                           利用软件测试并评估出最佳的光伏接入方案以及
              发展趋势。由于光伏发电出力容易受到天气变化                            最大光伏承载能力。文献[ 3 ] 则是模拟传统配电
              等因素的影响, 存在很强的波动性和非连续性。                           网馈线在大规模光伏接入后的电压稳定性, 模拟
              基于我国的大部分中低压配电网的设计架构, 大                           了 16 条配电线路并指出哪些情况下配电线路电
              规模光伏接入将导致配电网系统的可靠性经受强                            压在光伏接入后不稳定, 以及给出了在每个光伏
              大的冲击和挑战        [ 1 ] 。                           接入点的最大光伏接入水平。仿真优化的优点在
                   当光伏接入配电网之后, 配电网本身的单向                        于, 可以即时检验当前接入方案的安全性与可实
              源辐射状网络将变成多电源网络结构, 这将使得                           现性, 并能提前模拟配电网运行安全约束, 原理也
              配电网线路从原先的单向潮流模式转换成双向潮                            相对简单。仿真优化的缺点在于, 对于每一种光
              流线路, 在配电网整体负荷降低时, 可能会导致潮                         伏接入情况, 都需要软件模拟一遍以查看其可用
              流反向流动, 进而引发局部电压稳定性的问题。                           性和安全性, 这导致寻找最优接入方案需要耗费
              这种情况尤其在目前农村电网接入, 或单节点接                           大量人力物力, 而且并不能保证获得最好的解决
              入容量过大时, 极易发生。在将光伏系统与配电                           方案  [ 4 ] 。在需要提升配电网消纳能力时, 无法有
              网匹配之前, 需要全面地评估目标配电网的光伏                           针对性地给出具体提升瓶颈, 这也导致了仿真方
              能源承载或消纳能力。同时, 需要详细设计光伏                           法应用的局限性。第二种是基于数学模型优化的
              接入的最佳位置和接入容量, 以使得接入方案能                           方法。其中, 主要分为解析法、 启发式方法, 以及
              够劲尽可能地接近配电网的理论承载能力, 从而                           随机场景模拟法 3 个方向。每一种方向又可分为
              对已有的光伏出力达到最大可能的消纳, 并保证                           确定性方法和不确定性方法两种, 主要是基于电
              配电网的安全与稳定。                                       网运行变量确定是否需要考虑不确定性。通常来
                   根据“ 应接尽接” 原则, 随着区域大规模的光                     说, 配电网与负荷等一系列电网运行参数的高随
              伏电源出力逐步提升, 未来可能超过当地配电网                           机性, 不确定性算法在应用上具有更高的准确性
              的承载极限。在这样的情况下, 需要对配电网的                           和适应性    [ 4-10 ] 。
              整体升级作长期规划。对配电网的改造升级, 涉                               针对光伏出力随着天气的变化的不确定性,
              及多个方面, 从变电站、 线路等需要合理配置, 以                        以及数学优化与场景模拟方案只可保守评估总体
              期用最少的投资来使得升级后的配电网能够随时                            消纳能力的问题, 本文的关键贡献在于引入二阶
              消纳新产生的光伏能源。在这种情况下, 如何以                           段光伏消纳能力评估方法。首先针对配电网未来
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