分布式光伏接入与农村配电网低电压、重过载治理融合方法探索

阮永丽，程军照，余永琨

（1.云南电网有限责任公司昆明供电局，云南 昆明 650011； 2.云南电网有限责任公司规划建设研究中心（改革发展研究中心），云南 昆明 650011； 3.昆明晋宁供电局，云南 昆明 650605）

0 前言

从2020年9月，***总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上向国际社会作出“碳达峰、碳中和”的郑重承诺以来，风光等新能源项目全面启动建设，整县屋顶光伏试点项目是深入推进能源安全新战略，持续深化能源供给侧结构性改革，加快构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系中的重要一环。而整县光伏项目占比20%的乡村现有居民住宅、新农村集中搬迁住房、村集体物业设施屋顶光伏，一方面单体可建设面积少，光伏项目容量小，但数量众多，另一方面，承担以上设施供电的基本都是农村公用配电变压器，此类屋顶分布式光伏项目自发自用后，余电如何上网消纳，是规划人员面临的一大问题。

与此同时，随着我国乡村振兴的全面推进，农村经济活跃、农业产业发展强劲，电网满足了广大农村用上电的问题，但由于农村负荷具有的密度小、供电半径大、供电线路截面小、负荷发展快、波动大等特点，导致农村配电台区低电压、重过载问题也比较突出。2018年以来，电网各供电企业花大力气开展了多次专项治理，但农村配电台区低电压、重过载问题导致的报装受限、用电投诉问题仍然屡屡发生[1]。

探索解决区县供电局面临的农村屋顶光伏项目并网、消纳问题的同时，利用分布式光伏项目的一些特性，统筹解决农村配电台区低电压、重过载问题，为低电压、重过载台区提供一种高效、经济的治理方案，就成为我们研究的一个新课题。

1 云南农村配电网存在问题分析

云南由于盆地、河谷、丘陵，低山、中山、高山、山原、高原相间分布，各类地貌之间条件差异很大，类型多样复杂。全省土地面积中山地占84%，高原、丘陵约占10%，坝子(盆地、河谷)仅占6%。全省127个县(市、区)及东川市共128个行政单位中，除昆明市的五华、盘龙两个城区外，山区比重都在70%以上，没有一个纯坝区县，18个县99%以上的土地全是山地。特殊的地理环境，造成云南广大农村既存在几百上千户人家聚居的村庄，也有零散三五户人家组成的微型村庄，还有1户人家形成的独家村，由此形成了各具特色的农村配电网，也形成了云南农村配电网负荷密度大小不一、负荷发展快、供电半径大、供电线路截面小、季节性负荷波动大等特点，导致农村配电台区低电压、重过载问题形成原因多种多样，几种因素相互作用，使农村低电压、重过载问题成为农村配电网需长期、动态、综合治理的一个问题。研究发现，农村配电网存在的以下几类问题是造成农村配电网重过载、低电压的主要因素[2]：

1）由多台大容量配变供电的村庄，居民用电、农排灌溉、小加工业、小商业等用电种类繁多，用电量大，负荷增长快，配变负载率高，配变容量与用电负荷不匹配，低电压、重过载问题突出，但这些村庄居民土地利用意识强，新增配变落点困难，报装受限、低电压等问题投诉也最多。

2）对于村民比较分散的区域，由于用电负荷小，供电配变容量小，供电半径长，低压线路导线截面小，由此造成的低电压问题较多。

3）大部分农村09:00-12:00，17:00-22:00共8 h左右为用电高峰期，负荷较大，其余时间用电量较小，尤其夜间负荷最低，而配变一般为无载调压变压器，造成电配变一天16 h轻载、高电压运行，高峰期重载、低电压运行的畸形运行情况，配变容量不能充分利用，配变损耗增加。

4）农村抗旱、排涝季节性用电高峰期和春节外出务工人员返乡期间，用电负荷剧增，变压器重过载运行，造成配变阶段性的重过载、低电压。

5）农村感性负荷较多，按照规定，100 kVA以上配电变压器考虑配置无功补偿，无功补偿不足，也容易引发台区低电压。

2 云南分布式光伏建设情况

截至2022年3月底，云南电网公司累计受理分布式光伏项目6765个、容量470.6 MW，已并网6764个、1个项目已答复并网方案。其中：220 V并网项目4218个，容量45.3 MW（单个项目平均容量11 kW）；380 V并网项目2418个，容量233.1 MW（单个项目平均容量96 kW）；10 kV并网项目127个，容量192.3 MW（单个项目平均容量1514 kW）。按照并网项目类型统计分析，非居民项目1407个，容量360 MW；居民家庭分布式光伏5358个，容量110.6 MW。由以上数据可知，电压越低报装并网数量越多,220 V低压并网数量最多。

2021年6月国家能源局启动整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案报送工作，9月8日印发公布开发试点名单。云南省能源局于9月27日印发《整县（市、区）屋顶分布式光伏试点工作推进方案》，明确15个州市的28个试点县（市、区），规划装机容量3997 MW。各县区供电局与政府对接落实的屋顶光伏安装点有237个，可开发容量364 MW。可以预见，2022年、2023年，将有大量分布式光伏项目通过农村配变220V、380V并网、消纳。

3 分布式光伏项目并网与农村低电压、重过载统筹解决方案分析

大量分布式光伏项目并网，需要配变容量、线路支持，以下就利用此次大规模分布式光伏项目并网，对农村配变重过载、低电压问题的统筹解决方案进行研究分析。

1）由于配变落点难，造成低电压、重过载问题突出区域的解决方案：此类区域聚居居民多，分布式光伏项目单点建设面积不大，但数量众多，且比较集中，光伏项目发电并网容量大。为此，可以统筹分布式光伏发电项目并网需求与用电负荷情况，协调、利用光伏发电建设单位帮助新增配变布点，满足光伏项目上网的同时，合理划分供电分区，调整配变台区负荷，缩短供电半径，解决配变重过载、低电压。

2）村民比较分散的区域，低电压问题解决方案：此类区域单个村民房屋建筑面积和周边空余区域面积较大，因此分布式光伏项目数量虽然不多，但单点并网容量却较大。若配变容量及线路安全载流量满足并网需求，可以利用光伏项目有功注入形成的电压抬升，解决配变低电压问题。若配变容量、线路安全载流量无法满足并网需要，由电网配套建设用于分布式光伏项目上网的配变、线路，建设规模大，投资高，运维成本、安全风险大幅增加，那么此类区域可采用建设储能装置的方式，满足光伏并网需要的同时，解决台区低电压问题。

3）农村用电负荷峰谷差较大，配变容量利用率不高的区域，重过载、低电压问题解决方案：此类区域用电负荷特性，与分布式光伏发电项目出力特性，无法做到发电与用电良好匹配，导致白天大量电力需上送电网消纳平衡，早晚高峰期又需从电网大量下网满足用电需求，将会加剧配变高电压和低电压两个极端运行的问题。对于这种情况，可以以分布式光伏项目并网为契机，选用有载调压变压器，依托日渐发达的通讯网络，及时调节配变电压，同时实现分布式光伏项目上网与下网负荷交替，提高配变设备利用率。

4）由于抗旱、排涝、务工人员返乡等季节性、阶段性用电负荷剧增，造成配变重过载、低电压问题的解决方案：光伏项目发电并网接入此类台区时，光伏项目发电特性可以和此类负荷特性较好融合，可以有效降低配变的负载率，解决配变阶段性的重过载、低电压运行问题。此类区域可以根据分布式光伏上网和用电负荷情况，选择具备一定过载能力的高过载配变，可以有效降低电网投资，提高设备利用率。

5）无功补偿不足引发的台区低电压问题解决方案：分布式光伏项目逆变器具备无功输出功能，且可调节范围也较广，但因光伏发电企业基于上网电量经济性考虑，以及光伏逆变器无功输出的可控性、响应速度等因素影响，分布式光伏项目逆变器无功输出功能未能有效利用。由于农村用电设备具有较宽的电压运行区间，因而可以有效利用分布式光伏逆变器无功输出实现点状就地无功补偿。还可根据光伏项目并网容量情况，统筹增容现状供电配变，集中配置无功补偿装置，从而解决无功补偿不足造成的台区低电压问题。

4 分布式光伏发电项目并网极限容量计算

制约分布式光伏接入容量的因素主要是导线载流量和电压。由于分布式光伏注入有功会抬升电压，当接入容量过大时会导致电压越上限。一般中午时配变负荷较小，而光伏发电量最大，此时考虑最恶劣情况可以忽略负荷，则分布式光伏有功注入P，将引起的380 V三相接入电压抬升如公式(1)所示，220 V单相接入电压抬升如公式(2)所示。

式（1）和（2）中：UN为平均电压，分别取为400 V和220 V，计算示例如下：

1个容量100 kW的三相分布式光伏项目，通过380伏三相接入配变，接入点距配变低压母线200 m，380V导线型号为BVV-120 mm2，单位长度电阻为0.153 Ω/km，按照公式（1）计算光伏引起的电压抬升为：

取导线载流量和电压约束下极限容量最小值，即可得到各种边界条件下的分布式光伏接入容量限值Pmax0。380 V、220 V各截面架空线路极限并网容量计算如下：

1）确定不考虑负荷时的分布式光伏接入容量限值Pmax0，一般由电压约束以及线路载流量限值二者共同决定，取二者之中的较小值。

2）考虑负荷影响时分布式光伏380 V接入容量是否超标判断方法：

查询分布式光伏接入点s和变电站10kV母线之间的距离Ls及对应的Pmax0-s，将光伏接入点回溯至配变母线380 V母线路径（记为route)上的所有负荷都归算到光伏接入点等效负荷，然后求和得到节点s等效负荷，如式（3）所示，然后按照式（4）判断是否达到极限载流量。式（3）和式（4）中i是光伏接入点回溯至配变380 V母线路径（记为route)上的节点，Pi是该节点有功负荷，Li是该节点至配变380V母线之间的距离，Peqv-s是等效至节点s时的总负荷。

3）考虑负荷影响时分布式光伏220 V接入容量是否超标判断方法：

查询分布式光伏接入点s和变电站10 kV母线之间的距离Ls及对应的Pmax0-s，将光伏接入点回溯至配变母线220 V母线路径（记为route)上的所有和分布式光伏接到同一相的负荷都归算到光伏接入点等效负荷，然后求和得到节点s等效负荷，如式（3）所示，然后按照式（4）判断是否达到极限载流量。式（3）和式（4）中i是光伏接入点回溯至配变220 V母线路径（记为route)上的和分布式光伏接到同一相节点，Pi是该节点有功负荷，Li是该节点至配变220 V母线之间的距离，Peqv-s是等效至节点s时的总负荷。

计算得出，220 V常用低压线路极限载流量及最大输送容量如表1所示，对应并网容量限值如表2所示。380 V常用低压线路极限载流量以及对应最大输送容量如表3所示，对应线路并网容量限值如表4所示。

表1 220 V低压线路极限载流量

表2 220 V低压线路并网容量限值 /kW

表3 380 V低压线路极限载流量

表4 380 V低压线路并网容量限值 /kW

5 分布式光伏发电项目并网电力电量平衡校验

1）线路并网容量≥光伏发电量，说明光伏发电量能够就地消纳，即光伏电站发出的电量不需要通过380 V（220 V）线路送到配变进行电力电量平衡。

2）线路并网容量＜光伏发电量，说明光伏发电量不能够就地消纳，即光伏电站发出的电量要通过380 V（220 V）线路送到配变进行电力电量平衡，此时要重点核实配变负荷情况，即光伏发电量出现最大值时，线路、配变总负荷与分布式光伏发电量的平衡情况。若配变及其所接380 V线路的总负荷不能与分布式光伏的发电量平衡，还需要穿越配变，到该线路所接10 kV公用线路消纳，甚至到变电站10 kV母线进行负荷平衡，就说明并网点选择不合理，要重新选择、调整并网点。

3）多个分布式光伏发电项目并网校验

多个分布式光伏项目申请并网时，并网点选择除了需按照单个项目并网校验外，还需对多个项目并网进行叠加校验，方法与单个项目并网类似，主要核实低压干线和配变容量匹配情况，若不能匹配，需考虑新增配变满足并网要求，注意核实是否需同步引入其他的10 kV线路、变电站消纳光伏发电量。

6 结束语

农村配电台区重过载、低电压可能是几种因素相互作用的结果，因此，重过载、低电压台区的治理是一项动态的、长期的工作，是保证千家万户用好电的基础。同时，屋顶分布式光伏项目接入电网是国家绿色能源战略的一项重点举措，应并尽并，是国家对电网企业的要求，是电网企业义不容辞的责任，统筹协调各方资源、合理安排，规划、基建、生产、营销等专业与发电企业、用电客户协同配合，多措并举，才能实现分布式光伏项目并网与重过载、低电压台区治理有机协调，实现电网、企业、用户的三赢，构建绿色新型电力系统，为振兴农村提供强有力的电力保障。