大规模分布式光伏发电调度运行管理方法综述

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　第 第 14 届中国光伏大会 （CPVC14 ）

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　大规模分布式光伏发电调度运行管理方法综述

　王跃峰，张楠，黄越辉，刘德伟 （中国电力科学研究院，北京 100192）

　摘

　要 ：分布式光伏是分布式电源的主要发展方式，其单点接入容量小，点多面广，调度运行管理复杂，有必要对大规模分布式光伏接入电网后的调度运行管理进行研究。本文将主要对比分析德国和我国分布式光伏发展情况，分析德国分布式光伏并网现状、并网技术要求以及调度运行管理现状，综合概述德国分布式光伏调度运行管理相关标准的制定与更新情况，同时研究我国并网分布式光伏的运行和管理现状。通过总结德国大规模分布式光伏发展的经验和教训，为我国并网分布式光伏的调度运行管理方法提出建议。

　关键词 ：分布式光伏；并网；调度运行；优先消纳

　 1 引言

　随着国家行政审批权的下放，以及分布式发电鼓励政策的实施，预计 2015 年新能源发展将呈现总量大、增速快、点多面广的态势。根据国家规划，到 2020 年，分布式风电、光伏发电、天然气发电装机将分别达到 20GW、60GW 和 50GW，这种疾风暴雨式的发展将给电网安全、电能质量、经济运行带来新的挑战。根据我国实际情况，分布式光伏是分布式电源的主要发展方式，因此有必要对大规模分布式光伏接入电网后的调度运行管理进行研究，以提前掌握分布式光伏调度运行将面临的问题，采取相应的调度运行管理措施，实现分布式光伏的优先消纳与科学运行管理。

　我国分布式光伏发展较晚，有必要借鉴国外的发展经验和教训。德国是分布式光伏发展较快的国家之一， 2012 年德国太阳能光伏发电量达到 28GWh，占所有类型电源总发电量的 4.5%。本文以德国为例，分析德国分布式光伏并网现状、并网技术要求以及调度运行管理现状，综合概述德国分布式光伏调度运行管理相关标准的制定与更新情况，同时研究我国并网分布式光伏的运行和管理现状。通过总结德国大规模分布式光伏发展的经验和教训，为我国并网分布式光伏的调度运行管理方法提出建议。

　2 德国分布式光伏并网运行管理

　2.1 德国分布式光伏并网运行管理现状

　德国 2004 年修订《可再生能源法》，开始鼓励私人安装光伏发电以后，光伏发电装机容量爆发式增长，如图 1 所示。

　200l 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012第 第 14 届中国光伏大会 （CPVC14 ）

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　 图 1 德国光伏发电装机容量增长趋势 德国光伏发电主要接入中低压电网，截止 2012 年底，德国光伏发电装机容量的 99.5%接入 60kV 以下电网，其中 65%装机容量接入 380/220V 低压配电网，如图 2所示。

　图 2 德国光伏发电接入情况 （GW）

　在分布式光伏并网运行管理要求方面，德国针对 60kV 以下接入的分布式电源提出 2 项标准，《电源接入中压电网技术导则》[1] （1-60kV）和《电源接入低压电网技术导则》[2] （1kV 以下）。其中对分布式电源接入电网的技术要求，以及并网、调试、验收、运行、检修和保护等专业环节的管理要求，均做出详细规定。

　德国《电源接入中压电网技术导则》总结了将发电设备连接至配电网运营商侧中压电网需要考虑的基本方面，以确保网络运行的安全性和稳定性，适用于连接至配电网运营商侧中压电网并与该网络并联运行的发电设备的规划、建设、运行和改造。该标准于 2009 年 1 月 1 号开始实施。制定了电能质量、频率和电压响应、有功功率控制和无功功率调节等技术标准。适用于以同步发电机、异步发电机等形式接入中压配电网（1-60kV）的水电、光伏发电、热电联产、风力发电等分布式电源。

　德国《电源接入低压电网技术导则》（VDE-AR-N 4105）由德国电气工程师协会编制，从 2012 年 1 月 1 日起正式实施（除光伏电站外，其他电源最晚于 2012年 7 月 1 日执行），该标准提出接入低压配电网的分布式电源的并网管理要求，包括必须符合的监管规定、电站接入系统申请文件、电站调试验收程序等管理流程，制定了电能质量、频率和电压响应、有功功率控制和无功功率调节等技术标准。适用于以同步发电机、异步发电机等形式接入低压配电网（小于等于 1kV）的水电、光伏发电、热电联产、燃料电池等分布式电源。

　2.2 德国分布式光伏并网存 在的问题

　德国在大力推动分布式光伏并网过程中，遇到了诸多问题，主要有以下三点：

　一是分布式光伏容量小，数量巨大，占系统比重越来越大。2010 和 2011 年，德国新安装的容量小于 50kWp 的光伏发电系统共计 44.67 万个，占新增光伏发电数量的 92%，占新增光伏装机容量的 41%（6GW）。以家庭为主的分布式光伏电站占比越来越大，如图 3 所示。

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　 图 3 2010 和 2011 年德国光伏新增装机容量和 新增发电单元 二是分布式光伏发电信息不能实时监控，电网调度部门无法掌握。2012 年前，德国仅要求对 100kWp 以上光伏发电进行监控，2012 年后改为 50kWp 以上。分布式光伏发电监控数据接入配电网运营商，配电网运营商仅定期将新增电站装机容量等信息提交输电网运营商，输电网运营商通过设立几个检测点将发电功率倍乘的方法，获得分布式电源实时出力，调度十分困难。

　三是存量巨大的家庭式光伏电站技术改造难度大，未来电网运行风险更大。德国在法律法规和标准上不断更新和加强对分布式电源管理，但由于初期未对分布式光伏发展速度充分认识，导致目前存量巨大的家庭式光伏电站已无法进行技术改造，电网运营商无法进行实时监控。未来德国电网运行成本和运行风险将更大。

　3 我国分布式光伏并网运行管理

　1 3.1 我国分布式光伏并网运行管理现状

　近年来，欧洲光伏补贴下降和美国对中国光伏“双反”，使我国光伏产业产能过剩问题突出，大量企业面临倒闭风险。为促进国内光伏市场的发展，我国光伏装机容量大幅增长，如图 4 所示，2004-2010年我国光伏装机年均增长 62%，2011 年以来增长显著加快。预计到 2015 年我国光伏装机将达到 21GW，并提出总规模可达15GW 的“分布式光伏发电规模化应用示范”项目。

　 图 4 我国光伏装机（MW）

　在分布式光伏并网运行管理要求方面，国家电网公司《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范的通知（修订版）》（国家电网办〔2013〕1781号）[3] 对 10 千伏及以下电压等级接入，且单个并网点总装机容量不超过 6 兆瓦的分布式电源；35 千伏电压等级接入，年自发自用电量大于 50%的分布式电源；或 10 千伏电压等级接入且单个并网点总装机容量超过 6 兆瓦，年自发自用电量大于 50%的分布式电源，在并网申请、接入系统方案设计、调试验收、运行、检修，以及各专业技术环节做出了详细要求。

　能源局发布的《分布式光伏发电项目管理暂行办法 》（国能新能〔2013〕433号）[4] ，特别要求“在分布式光伏发电安装规模较大、占电网负荷比重较高的供电区，电网企业应根据发展需要建设分布式

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　光伏发电并网运行监测、功率预测和优化运行相结合的综合技术体系，实现分布式光伏发电高效利用和系统安全运行”。

　3.2 我国分布式光伏并网存在的问题

　对比德国分布式光伏发展经验教训，以及我国实际情况，分布式光伏目前还存在以下管理问题：

　一是现有管理办法部分环节存在隐患，可能造成电网安全运行风险。德国要求并网申请阶段，必须由配电网运营商确定并网点、接入方案、设备电气参数、保护配置等专业信息；验收阶段，由配电网运营商到场检查设备电气性能，判断是否会给电网造成影响，并最终决定是否可以并网；运行阶段，发电设备须上传电网运行所必须的数据。而国家电网公司 1781号文对于 380/220V 接入项目,规定并网申请阶段由营销部负责组织接入方案审定，方案确认单不报送调度；验收阶段，营销部负责组织验收，且对验收项目未做要求；运行阶段，发电设备仅上传电量信息至营销部（一般每天传 1 次）。

　根据德国教训，一旦获得政策、财政支持，380/220V接入的分布式光伏占比将猛增，电网公司必须对其涉及电网安全的参数进行要求和审核。

　二是 380/220V 接入分布式光伏发电实时信息无法监测导致运行存在风险。2010 和 2011 年，德国新增 50kWp 以下光伏电站 45 万个，容量达 6GW，发电信息无法监控；并且分布式电站监控信息接入配电运营商，而最需要这些发电信息的调度不能掌握，30GW 光伏和 30GW 风电只能靠估算进行调度。对于我国，根据 1781 号文规定 380/220V 接入项目，装机容量、发电类型等关键项目信息不报送调度部门；实时发电信息调度部门不掌握；开关状态调度部门不掌握。根据德国教训，380/220V 接入的分布式光伏发电实时信息若不能由调度部门掌握，则分布式光伏一旦大规模增长，无法对存量设备进行技改，将导致电力运行存在风险。

　三是目前没有针对分布式光伏的技术支持系统。德国分布式光伏实时出力数据根据估算得出；根据估算的实时出力数据进行预测建模，模型可靠性差；配电运营商掌握部分分布式光伏实时数据，但没有实现与调度部门的实时共享。而我国分布式电源监控系统、预测系统和调度自动化系统均未建立；1781 号文要求分布式电源信息可通过外网传输，但如何汇集、传输尚是空白。对此，能源局最新发布的《分布式光伏发电项目管理暂行办法 》[5] 也要求建立含运行监测、功率预测和优化运行技术支持系统，该系统的功能规范和设计亟待开展。

　4 我国分布式光伏并网调度运行管理建议

　鉴于德国分布式光伏管理经验教训，以及我国实际具体情况，主要在分布式光伏并网管理、运行管理、检修管理和各专业管理等各环节提出建议。

　1 4.1 并网管理环节

　220/380V 接入用户确认接入系统方案后，发电设备信息、发电设备地理位置及接入系统方案等相关材料，均需提交调度部门；220/380V 接入的验收和调试需调度部门参与，主要检验发电设备情况、实

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　际设备与设计对比、并网装置性能、保护配置整定、开关动作等。

　2 4.2 运行管理环节

　发电监测方面，建立省/地一体的分布式光伏发电监测系统，可至少监测分布式光伏每 15min 实时出力数据；功率预测方面，在省调建立分布式发电功率预测系统，对 10kV 和 380/220V 接入的分布式光伏进行短期和超短期功率预测；运行控制方面，分布式光伏业主需向调度部门指定设备操作人员，该人员可按照电网企业指令负责分布式光伏运行工作，具备专线通道的分布式光伏可按调度指令对电站进行控制，不具备专线通道的分布式光伏采用自适应控制，在并网点电压、频率等越限时，可自动调节功率输出。

　4.3 检修环节

　接入 10kV 的分布式光伏，检修管理按照电源性质实行，由电网调度部门负责管理；接入 380/220V 的分布式光伏，由地市公司营销部（客户服务中心）负责管理，检修方案应提前报送调度部门。

　4.4 专业管理环节

　保护、安全自动装置、通信、调度自动化等各专业环节由调度部门负责管理，分布式光伏相关配置和参数由调度部门负责在验收时检验；接入 380/220V 的分布式光伏，应能够实时采集并网运行信息，并能自动按规则汇集相关信息后接入调度自动化系统，主要包括每 15min 的发电量信息，条件具备时，预留上传及控制并网点开关状态能力。

　由于分布式光伏点多面广，且一般家庭业主不具备发电功率预测能力，应由电网公司负责预测；本文提出的思路是以省调/地调为主体，对预测进行网格化建模（图 5），在省调/地调建立网格化预测系统。

　图 5 网格化预测示意图 分布式光伏监控同样采用网格化管理，网格化的信息通过外网传输、汇总和融合后，经过安全隔离设备，进入地调或省调分布式新能源预测和监控模块。图 6是分布式光伏网格化监控系统框架。

　 图 6

　分布式光伏网格化监控系统框架 5 结论

　本文对比分析了德国和我国分布式光伏发展现状，研究了德国分布式光伏发展的经验教训，在此基础上提出我国分布式光伏并网各环节管理建议。本文的研究

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　成果有助于实现大规模分布式光伏的优先消纳与科学运行管理，使系统获得更优、更好的可靠性。

　参考文献 [1] Generating Plants Connected to the Medium-Voltage Network．2008-06 [2]

　VDE-AR-N 4105, Power generation systems connected to the low-voltage distribution network．2011-08 [3] 国家电网办〔2013〕1781 号，国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知．2013-11-29 [4] 国能新能[2013]433 号，分布式光伏发电项目管理暂行办法．2013-11-18 [5] 发改能源[2013]1381 号，分布式发电管理暂行办法．2013-07-18 [6] IEEE1547TM , IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems．2003-06-28 [7] 李琼慧，黄碧斌，蒋莉萍.国内外分布式电源定义及发展现况对比分析[J].中国能源,2012,34(8):31-34. [8] 谷永刚，王琨，张波. 分布式发电技术及其应用现状[J].电网与清洁能源,2010,26(6):38-43. [9] 魏晓霞，刘士玮.国外分布式发电发展情况分析及启示[J].能源技术经济,2010,22(9):58-65. [10] Christine Brandstätt, Gert Brunekreeft, Nele Friedrichsen. Locational Distribution Network Pricing in Germany[C]. IEEE PES GM, Detroit, 28th July 2011. [11] 分布式电源并网情况调研报告[R].国网能源研究院,2012. [12] F. Gonzalez-Longatt,C Fortoul.Review of the Distributed Generation Concept : Attempt of Unification [R] .Universidad Central de Venezuela,2008.

　项目来源 ：国家电网公司科技项目 邮

　箱 ：zhangnan@epri.sgcc.com.cn

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