摘要 在“雙碳”目標(biāo)、新型電力系統(tǒng)加快推進(jìn)下，中國分布式光伏呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢，在高比例分布式光伏接入地區(qū)易發(fā)生電網(wǎng)電壓升高越限和反向潮流設(shè)備過載等問題，影響分布式光伏接入配電網(wǎng)承載力。充分考慮配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能調(diào)節(jié)作用，研究提出了提高分布式光伏接入電網(wǎng)承載力水平的獨(dú)立儲能優(yōu)化配置及充放電策略。考慮了基于時序潮流和兩步式迭代的配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能應(yīng)用綜合成本效益，以系統(tǒng)成本最小為原則，科學(xué)合理確定獨(dú)立儲能配置容量和充放電控制策略。選取某村低壓配電網(wǎng)為案例，通過配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化軟件（DEAP），仿真分析了所提獨(dú)立儲能充放電控制策略的有效性。
1 基于時序潮流和兩步式迭代的配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能應(yīng)用綜合成本效益
1.1 綜合成本分析
1.2 約束條件
1.3 求解算法
本文采用兩步式迭代計(jì)算方法，從而保證計(jì)算精度和計(jì)算速度，如圖1所示，主要流程為：在全年8760 h每個時刻點(diǎn)上，首先不考慮儲能系統(tǒng)接入，計(jì)算分析配電系統(tǒng)時序潮流運(yùn)行情況，根據(jù)時序潮流計(jì)算結(jié)果，得出儲能系統(tǒng)控制策略；然后，預(yù)先設(shè)置儲能系統(tǒng)的充放電控制策略、分布式電源出力控制策略、電網(wǎng)改造備選方案范圍等，重新計(jì)算配電系統(tǒng)時序潮流運(yùn)行情況，以此驗(yàn)證相關(guān)控制策略的準(zhǔn)確性。該計(jì)算方法下不再需要將每個時刻點(diǎn)儲能的出力狀態(tài)設(shè)為自變量，提高了計(jì)算精度，也避免儲能出力狀態(tài)比電網(wǎng)狀態(tài)延遲一個時刻點(diǎn)，確保了計(jì)算精度。
2 計(jì)及分布式光伏承載力的儲能充放電策略
結(jié)合分布式電源接入電網(wǎng)承載力的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，儲能運(yùn)行控制策略的主要思路為分別判斷全網(wǎng)最高電壓和最高設(shè)備反向負(fù)載率，根據(jù)電壓和設(shè)備反向負(fù)載率情況判斷充放電策略?；究紤]如下。
1）關(guān)于電壓的判斷。對含分布式光伏的配電網(wǎng)開展時序潮流分析，計(jì)算全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓，當(dāng)某時刻出現(xiàn)電壓越限時，對所有配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能進(jìn)行充電，確保該時刻下電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)電壓滿足國標(biāo)允許偏差，其中儲能系統(tǒng)滿足其充放電功率要求。當(dāng)電網(wǎng)最高電壓在國標(biāo)允許偏差范圍時，對儲能系統(tǒng)放電，以備后續(xù)充電。
2）關(guān)于設(shè)備反向負(fù)載率的判斷。電網(wǎng)返送潮流不能超過設(shè)備負(fù)載限額的一定比例，所評估的設(shè)備主要包含35~220 kV變壓器和10~110 kV線路，若評估區(qū)域中含有大量的380/220 V電壓等級分布式電源，則也應(yīng)對10 kV配電變壓器進(jìn)行評估。當(dāng)某時刻全網(wǎng)最高反向負(fù)載率超過最大允許反向負(fù)載率（根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)取–0.8），對所有配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能進(jìn)行充電，確保該時刻下各變壓器和線路負(fù)載率滿足運(yùn)行要求，其中儲能系統(tǒng)滿足其充放電功率要求。當(dāng)全網(wǎng)不存在潮流返送時，獨(dú)立儲能系統(tǒng)進(jìn)行放電，以備后續(xù)充電。圖2為儲能系統(tǒng)控制策略流程，圖2中：Vmax為系統(tǒng)最高電壓標(biāo)幺值；LFmax為最大反向負(fù)載率；LFBmax、LFBmin分別為允許最大、最小反向負(fù)載率；Umax、Umin分別為系統(tǒng)最高、最低運(yùn)行電壓。
3 案例分析
3.1 案例情況
案例為包含4臺配電變壓器的村級低壓配電網(wǎng)，選擇某臺配電變壓器為研究對象，容量100 kV·A，如圖3所示。共有戶表數(shù)63戶，其中居民60戶，三相動力3戶。圖3中每個光伏組件圖標(biāo)表示安裝3 kW光伏發(fā)電的屋頂，加粗線路表示主干線，未加粗線路為分支線。該低壓配電網(wǎng)負(fù)荷特性和分布式光伏出力特性如圖4~6所示。
3.2 工具介紹
國網(wǎng)能源院自主設(shè)計(jì)開發(fā)了配電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)分析和優(yōu)化軟件（DEAP），具有含分布式電源、儲能的配電網(wǎng)時序潮流分析，分布式電源、儲能與配電網(wǎng)協(xié)同規(guī)劃，含分布式電源、儲能等靈活資源的配電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)營等功能。軟件具有界面友好、使用靈活、功能豐富等特點(diǎn)，已通過國家信息中心的權(quán)威測試，可有效支撐政府部門、電網(wǎng)公司、研究機(jī)構(gòu)等開展項(xiàng)目量化投資分析。軟件界面如圖7所示。
針對配電系統(tǒng)案例，在DEAP軟件中進(jìn)行詳細(xì)的電網(wǎng)、電源和負(fù)荷建模，可進(jìn)行連續(xù)8760 h的潮流計(jì)算，支持三相、單相潮流、配電網(wǎng)可開放容量等計(jì)算，也可基于潮流計(jì)算結(jié)果，計(jì)算配電網(wǎng)網(wǎng)損、改造成本、分布式電源限電損失等成本，計(jì)算速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，可以應(yīng)用于儲能支持分布式電源消納的計(jì)算。
3.3 案例計(jì)算結(jié)果分析
3.3.1 儲能位置的確定
考慮儲能系統(tǒng)提升分布式光伏承載力的主要作用是防止配電系統(tǒng)出現(xiàn)電壓越限、設(shè)備負(fù)載過載等問題，在儲能系統(tǒng)接入位置確定時，可以選擇系統(tǒng)內(nèi)電壓穩(wěn)定薄弱點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)研究成果，本文采用局部L指標(biāo)法。通過計(jì)算，該供電變壓器電壓薄弱點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)234，在該節(jié)點(diǎn)接入儲能。
3.3.2 情景設(shè)置
按照光伏裝機(jī)容量的5%、10%、15%、20%和30%分別配置不同的儲能規(guī)模，時長2 h。
為分析計(jì)及分布式光伏承載力的儲能充放電策略的作用，選擇基于光伏出力曲線的固定日充放電時間的策略作為對比策略，簡稱為固定策略。即根據(jù)地區(qū)分布式光伏年度8760 h出力曲線，削減到24 h，從而確定合適的儲能充放電時間。根據(jù)該地區(qū)的實(shí)際分布式光伏出力和凈負(fù)荷曲線，確定在中午11:00—13:00充電，同時為了防止儲能放電功率過大導(dǎo)致末端電壓升高，在此合理控制放電功率及時間，下午凈負(fù)荷高峰時16:00—21:00放電。削減后的分布式光伏出力和負(fù)荷功率曲線如圖8所示。
3.3.3 充放電策略下綜合成本的比較
結(jié)合儲能不同配置容量和控制策略，11種典型情景的計(jì)算分析結(jié)果如表1所示，其中，智能策略為本文所提策略。相關(guān)的計(jì)算參數(shù)選取原則為：限電損失計(jì)算時的電價按照分布式光伏建成時的上網(wǎng)電價1元/(kW·h)計(jì)算，獨(dú)立儲能投資成本為1 500元/(kW·h)，壽命為10年。
從表1可知：1）配置儲能后，系統(tǒng)供電的綜合成本（可對應(yīng)增量度電成本）有增有減。儲能按照5%配置時，無論采用固定策略還是智能策略，均能降低系統(tǒng)供電的綜合成本；儲能按照10%配置時，采用智能策略時，可降低系統(tǒng)供電的綜合成本。若儲能配置比例過高，且采用固定策略時，系統(tǒng)供電的綜合成本大幅增加。2）無論采用固定策略還是智能策略，在同一控制策略下，隨著儲能配置比例增加，系統(tǒng)供電的綜合成本不斷增加。3）在同一儲能配置比例下，相比于固定策略，采用智能策略可有效降低系統(tǒng)供電的綜合成本。
綜上，在計(jì)及分布式光伏承載力的配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能充放電策略中，應(yīng)結(jié)合對象開展深入的量化分析，合理確定儲能配置比例，并優(yōu)先采用智能策略，以降低系統(tǒng)供電的綜合成本。
4 結(jié)論
本文提出了計(jì)及分布式光伏承載力的配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能配置容量和充放電策略科學(xué)確定方法，通過實(shí)際案例計(jì)算分析驗(yàn)證可知，應(yīng)合理確定儲能配置容量，并優(yōu)選智能控制策略，以降低系統(tǒng)供電的綜合成本。為適應(yīng)分布式光伏、新型儲能等新興市場主體快速發(fā)展，充分發(fā)揮其效率效益，應(yīng)繼續(xù)開展相關(guān)市場機(jī)制、關(guān)鍵技術(shù)等研究，如深入研究配電網(wǎng)側(cè)獨(dú)立儲能的成本疏導(dǎo)機(jī)制、實(shí)現(xiàn)分布式光伏可觀可測可控的調(diào)度控制和通信技術(shù)、新型儲能控制和網(wǎng)架自愈控制協(xié)同技術(shù)等。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，如需要請查看原文。
