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国网山东沂水供电：基于分布式光伏规模化开发的电能质量问题治理

2024-11-07分类：CPEM推荐 / CPEM推荐来源：CPEM全国电力设备管理网

【CPEM全国电力设备管理网】

导语

2024年10月18日，在“第5届电力人工智能大会暨第3届电力行业数字化转型大会”上，第3届“智创奖”电力数智化转型技术创新应用评选结果公布。

国网山东省电力公司沂水县供电公司凭借其“基于分布式光伏规模化开发的电能质量问题治理”案例，获得“新型配电系统网源互动创新应用案例奖”。

应用成效

通过开展分布式光伏电能质量全域监测建设，公司层面建立起电能质量监测体系，利用现有系统和RPA数字员工技术等技术，实时智能采集光伏用户的电压越限和谐波超标问题，实现县域分布式光伏电压、电流、谐波监测全覆盖。

通过开展10kV并网分布式光伏功率调节控制建设，实现10千伏并网分布式光伏功率平滑条件，实现县域18个光伏电站光伏功率调节控制改造，在光伏电站所在线路出现负荷返供时，根据上级调度指令通过调度主站对光伏电站AGC/AVC进行设点，降低光伏电站有功出力，如整条线路功率因数偏低，则通过光伏电站发无功，提升线路功率因数，提高线路的电能质量。

通过开展10kV并网分布式光伏电站配套储备建设，分布式光伏消纳能力进一步增强，通过已安装的2套配套储能及39套台区储能系统，当10千伏支线或整条线路出现返供现象时，进行充电储能，在夜间用电高峰时段进行放电，提升就地就近消纳能力，同时要求具备充放电时间控制和AGC/AVC调节功能。

通过开展光伏台区电能质量区域自治试点建设。根据设定的电压越限阈值和预定的调整策略，自动调节有载调压分接头档位、智能电容投切数量和逆变器发电功率，当末端客户电压低压198V时，首先对就近逆变器出口电压进行升压，如不能解决再分析台区功率因数，如功率因数低压0.9，则增容电容投入数量，提升功率因数，最后对有载变压器分接头进行升档调整，确保台区客户端电压稳定在210伏-235伏之间，提升台区用户电压合格率，确保电压合格率保持在99.5%以上，彻底解决光伏台区电压频繁越限难题。

通过开展分布式光伏分层协调控制试点。沂水公司分布式光伏线路仿真精度达到97%，优化控制响应时间达到12s。自2023年3月至今，有效提高了应用范围内配电网决策分析水平，2023年共生成配电网优化控制策略并下发128次，降低了应用地区因分布式光伏发电异常造成的经济损失，有效提高了有源配电网精益化运行管控水平。

沂水公司通过低压柔性直流输电、SVG+C、10kV光伏线路加装并补等技术应用手段，在变电站层面，通过AVC调压模块可以实现10千伏母线电压自动调节；在10kV线路层面，通过并列补偿装置优化调整10千伏线路中后段功率因数，从而实现电压区域调节；在台区侧，通过融合终端+有载调压变压器+客户逆变器+随器补偿电容，从而实现台区电压区域自治；在客户侧，通过加装SVG+C或补偿电容，有效解决分布式发电带来的电压越限问题和功率因数不足问题，通过专变升压、一点并网开发整村开发分布式光伏，进行10kV并网分布式光伏功率调节和配套储能建设，同步开展光伏台区电能质量区域自治，破解分布式光伏大量并网带来的设备反向重过载和电压越限难题。建成基于“整村+光伏+储能”分布式光伏柔性控制和电能质量区域自治示范工程。

技术路线

1.实施一二次融合开关和台区智能融合终端+光伏智能断路器2条技术路线，在国网公司率先开展分布式光伏谐波监测，为分布式光伏对电能质量的影响和问题溯源打好硬件基础。建成公司综合监控中心和供电所综合监控室，构建公司“1+18”两级监控体系，以工单驱动业务为核心，融合调控、营销、运检专业数据，应用数字员工技术进行大数据分析，通过供服系统平台，自动派发异常问题工单至责任单位，实现县域分布式光伏全域、全时段监测、分析和问题闭环治理。

2.在10千伏并网分布式光伏升压站综合控制柜内安装具备AGC/AVC功能的多合一终端，通过5G通讯将分布式光伏电站接入地调系统，通过自动化主站系统对分布式光伏运行功率在0.1-1调节范围内进行设点，对10千伏并网的分布式光伏电站发电功率进行实时调控，若线路整体功率因数偏低，可通过光伏电站输出无功，对该线路进行功率因数调节，从而改善线路电能质量，在线路出现功率反供问题时，通过调节光伏电站有功出力，从而实现功率控制功能。在春节等特殊时段，可通过地调主站，实现分布式光伏群控。

3.云储能是解决中低压并网分布式光伏消纳能力不足的有效手段，在光伏侧配置装机容量10%-15%的储能，在11:00-14:00光伏发电高峰时段进行充电，在18:00-21:00用电高峰时段进行放电，解决光伏发电和用电负荷时间不耦合问题，通过云储能实现发电、用电功率平衡，为大电网负荷平衡起到辅助作用。

4.提出新九域分布式光伏台区调压策略，迭代开发调压程序，通过台区智能融合终端，对有载调压变压器、客户逆变器、智能电容进行控制，根据台区电压实时情况，采集台区出口、光伏并网点、台区低压线路起始、中间、末端和各个支线末端等各节点电压情况，通过融合终端进行边缘计算和精准分析，根据设定的电压越限阈值和预定的调整策略，自动调节有载调压分接头档位、智能电容投切数量和逆变器发电功率，当末端客户电压低压198V时，首先对就近逆变器出口电压进行升压，如不能解决再分析台区功率因数，如功率因数低压0.9，则增容电容投入数量，提升功率因数，最后对有载变压器分接头进行升档调整，确保台区客户端电压稳定在210伏-235伏之间，提升台区用户电压合格率，确保电压合格率保持在99.5%以上。

5.应用由中国电力科学研究院有限公司开发的“适应大规模分布式电源接入的分层协调控制与仿真分析软件”，部署在国网山东省电力公司沂水县供电公司，接入馈线规模达112条，接入台区225个，接入分布式光伏438个，支持112条接入分布式光伏的有源配电网分层协调控制与高精度仿真，分层协调控制和仿真分析两大部分功能，其中分层协调控制包括：包括电压无功控制、有功无功协调、多层级协调控制和分布式电源群调群控四个模块；仿真分析包括：功率协同仿真、支路安全性校核仿真、网络重构仿真、风险防控策略仿真四个仿真模块。仿真精度达到97%，优化控制响应时间达到12s。

应用场景

分布式光伏电能质量全域监测建设适用于分布式光伏发展规模大，并网分布式光伏数量多，容量大，且分布式光伏对电能质量造成较大影响的县区。沂水公司安装一二次融合开关35套，台区智能融合终端2750台，光伏智能断路器8000台，建成综合监控中心1个，供电所综合监控室18处，梳理监控制度6项，开展监控业务4类，日平均处理光伏异常问题221项。

在寺前官庄、东河北等10kV并网分布式光伏电站，部署安装具备AGC/AVC功能的多合一终端21台，实现县域除扶贫光伏外的10kV并网分布式光伏电站全覆盖，有效解决分布式光伏就地就近消纳能力不足问题。

在分布式光伏侧部署云储能建设，完成寺前官庄、恒泰纺织、高家石岭等多场景的分布式储能建设，总并网容量3.9兆瓦/7.8兆瓦时，配合县域国电新源智储100兆瓦/200兆瓦时和黄山京能14兆瓦/28兆瓦时2个集中式储能，实现分布式光伏发电就地、就近消纳目标。

随着分布式光伏规模化发展和小微企业井喷式发展，光伏台区电压呈高频率电压越限趋势，光伏发电时段高电压问题严重，小微企业生产时低电压问题突出，为解决该问题，沂水公司在寺前官庄等15个光伏台区开展试点，提出新九域调压策略，开发调压程序1套，并写入智能融合终端容器，对台区有载调压变压器、光伏逆变器、智能电容进行控制，实现分布式光伏台区电压精准快速调节，解决了光伏台区电压频繁波动越限难题。

作为分布式光伏规模化开发试点县，沂水并网分布式光伏达到8240户，容量达到363.04兆瓦，给中低压电网安全运行带来诸多问题，通过部署应用“适应大规模分布式电源接入的分层协调控制与仿真分析软件”支持112条接入分布式光伏的有源配电网分层协调控制与高精度仿真，分层协调控制和仿真分析两大部分功能，其中分层协调控制包括：包括电压无功控制、有功无功协调、多层级协调控制和分布式电源群调群控四个模块；仿真分析包括：功率协同仿真、支路安全性校核仿真、网络重构仿真、风险防控策略仿真四个仿真模块。仿真精度达到97%，优化控制响应时间达到12s。

典型经验和推广前景

典型经验

1.目前，在沂水县已完成所有分布式光伏一二次融合开关和光伏台区智能融合终端、光伏智能断路器安装调试，率先应用网源分界开关，具备分布式光伏电压、电流、谐波、功率等信息采集监控功能，实现县域采集全覆盖，建成县域综合监控中心和18个综合监控室，完善2级监控体系，实现分布式光伏全域、全时段监控，并采取工单驱动业务模式，变事后被动介入为事前主动服务。目前该模式已在国网各网省公司推广应用。

2.截至目前，沂水公司已完成除扶贫光伏外的所有10千伏并网分布式光伏加装多合一控制终端改造，全部具备AGC/AVC调节功能，通过地调主站，可以实现县域10千伏并网分布式光伏功率在0.1-1之间群控群调，提升电网运行控制能力。目前该模式已在山东公司大范围应用。

3.目前，已安装的2套分布式光伏配套储能及39套光伏台区配套储能系统，解决分布式光伏发电与用电负荷在时空上不耦合问题，在光伏发电高峰时段进行充电，在用电负荷高峰期进行放电，提升就地消纳能力，减少发电负荷反供。

4.目前，已在寺前官庄、徐家荣仁等15个光伏台区建成光伏台区电能质量区域自治系统，以台区融合终端为核心，对当前电压问题进行解耦分析，对有载调压变压器、客户逆变器、智能电容等可调资源进行调控，解决分布式光伏台区电压频繁拨动越限难题，该项试点受到国网公司、中国电科院、山东大学等专家高度评价，山东临沂公司等单位正在大范围推广试用。

推广前景

在分布式光伏高比例接入区域，部署安装分布式光伏分层协调控制软件，对中低压电网运行情况进行仿真分析，提前预判电网存在的安全问题，并针对性地采取事前管控措施，消除运行隐患，避免因分布式光伏导致的设备故障，提升供电可靠性，该成果已在山东公司部署，具有很高的应用价值。

从效益价值方面分析：

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设备运维方面：通过安装一二次融合开关、光伏保护开关和台区融合终端实现分布式光伏“可观、可测、可控、可调”，每年可节约人工运维成本约32万元，极大降低了人工运维成本。

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节能减排方面：通过科学管理分布式光伏并网，尽量在时空方面实现光伏发电和用电负荷保持契合，实现光伏发电就地就近消纳，充分挖掘绿电效能，每年减少二氧化碳排放2640吨。

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降损增效方面：同和科学规划，统筹安排中低压光伏发电并网点位置，分布式光伏发电时段电能输送距离平均缩短2.7公里，线路损耗降低到2.31%，年均节约电网运行成本约67.2万元。

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指标方面：管理模式从事后紧急介入向事前预控转变，各项指标均出现提升。截至目前，沂水县居民电压合格率达到98%以上，连续五年无电压类投诉，设备反向重过载实现动态清零，成功获评2022年度国网公司先进性示范区。

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社会效益方面：对政府，推动构建“地方政府主导、专业机构参与”光伏电站运维管理机制，规范新能源健康有序发展，推动节能降损和绿色发展。对行业，通过开展提升行动，形成典型管理经验，推广沂水发展模式，实现行业健康发展。对电网企业，健全光伏管理和降损管理系列制度，优化管理模式，构建规范、标准的管理体系，推动企业发展，推动能源改革。

目前，中电联可靠性中心、国网科技部、设备部、天津大学、山东大学、中国电科院、国网联研院等专家领导多次到沂水进行现场调研，对沂水光伏开发建设管理模式和电能质量分析治理探索工作给予高度评价，其中中电联可靠性中心处长认为“进行了有益的探索、走在了前列”的评价，认为该模式具备很大的复制和推广价值。

参与单位：国网山东省电力公司沂水县供电公司

参与人员：武光升、李珊、刘兆亮、杨锐、刘鹏达、孙子寒、庞世超、崔锡斌、贾云龙

END

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