高振宇，徐以理，許萬選，周晉雅

（1.杭州市電力設(shè)計(jì)院有限公司，杭州 310004；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

分布式光伏電源（distributed PV）是指配電網(wǎng)中分布在用戶附近的光伏發(fā)電設(shè)施，它的規(guī)模受地理?xiàng)l件的制約，一般在幾千瓦至幾千兆瓦。杭州地區(qū)由于地理?xiàng)l件、行業(yè)政策等多方面的影響，分布式光伏電源發(fā)展十分迅速，擬建的光伏發(fā)電項(xiàng)目有四十多個(gè)，已并網(wǎng)的光伏發(fā)電項(xiàng)目有十多個(gè)，約為13000 kW裝機(jī)容量。

目前，針對(duì)分布式光伏電源的并網(wǎng)問題，國(guó)內(nèi)外已開展了大量研究，文獻(xiàn)[1-3]分別介紹了對(duì)潮流分布、電能質(zhì)量、短路電流等方面的影響。但是隨著分布式光伏電源的大量并網(wǎng)，采用傳統(tǒng)的確定性系統(tǒng)的分析方法將出現(xiàn)較大誤差。

1 對(duì)電力電量平衡和負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響

分布式光伏電源大量并網(wǎng)后，如何考慮光伏出力與實(shí)際負(fù)荷的擬合問題，已成為配電網(wǎng)規(guī)劃研究的焦點(diǎn)之一[4]。杭州電網(wǎng)的負(fù)荷特性具有負(fù)荷較重、峰荷持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，光伏電源并網(wǎng)可以緩解電網(wǎng)的供電壓力；從負(fù)荷波動(dòng)情況看，杭州電網(wǎng)負(fù)荷變化比較平緩，具備接入光伏電源的可能性，因此分布式光伏電源與杭州電網(wǎng)的負(fù)荷特性比較匹配。接入光伏電源后，系統(tǒng)的最大負(fù)荷水平和峰荷持續(xù)時(shí)間均有明顯下降，削峰作用顯著，且光伏電源的接入容量越大，削峰效果越好。但是，與常規(guī)電源相比，光伏電源的運(yùn)行受光照、溫度、風(fēng)向等天氣及環(huán)境因素的影響很大，其輸出功率呈現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性和群發(fā)性。分布式光伏電源對(duì)電力電量平衡以及最大負(fù)荷功率預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性均有較大的影響，主要體現(xiàn)在削峰作用上。

2 分布式光伏電源的特點(diǎn)

對(duì)于給定容量的光伏電源，其削峰作用的大小與其平均出力水平相關(guān)，同時(shí)也與負(fù)荷曲線和光伏電源出力曲線的匹配程度相關(guān)。根據(jù)對(duì)杭州地區(qū)某光伏電站（安裝容量60 kWp）發(fā)電量及功率輸出的統(tǒng)計(jì)，分布式光伏電源出力特性如圖1所示，可見光伏電源日最大輸出功率的變化很大。進(jìn)一步計(jì)算發(fā)現(xiàn)，3個(gè)月的平均日最大輸出功率僅為33.3 kW（約占額定容量的55.5%）?？梢?，杭州地區(qū)上述時(shí)段的光照條件較差，限制了光伏電源的出力水平。分布式光伏電源日有效輸出功率的概率密度及累積分布如圖2及圖3所示（以上數(shù)據(jù)中均剔除輸出功率為零的樣本）?？梢?，3個(gè)月內(nèi)光伏電源的日有效輸出功率集中在30～40 kW范圍內(nèi)，平均日有效輸出功率為35.6 kW，約為額定容量的60%。

圖1 光伏電源日最大輸出功率

圖2 光伏電源日有效輸出功率的概率密度

圖3 光伏電源日有效輸出功率的累積概率

光伏電源運(yùn)行時(shí)間內(nèi)相鄰兩個(gè)時(shí)段（各為5 min）輸出功率變化量的概率密度及累積分布如圖4及圖5所示（功率變化量以當(dāng)月最大輸出功率的百分?jǐn)?shù)表示）。可見，分布式光伏電源輸出功率的波動(dòng)較小，大多數(shù)情況下，相鄰時(shí)段輸出功率的變化量小于當(dāng)月最大出力的5%；少數(shù)情況下，相鄰時(shí)段輸出功率的變化量多集中于當(dāng)月最大出力的10%以內(nèi)。需要注意的是，在極少數(shù)情況下，輸出功率的變化量達(dá)到當(dāng)月最大出力70%。因此，光伏電源輸出功率的變化可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰造成一定影響。

圖4 相鄰時(shí)段輸出功率變化量的概率密度

圖5 相鄰時(shí)段輸出功率變化量的累積概率

3 分布式光伏電源削峰容量的確定

光伏電源的等效削峰容量可由下式計(jì)算：

式中：Ng為預(yù)測(cè)時(shí)間內(nèi)光伏電源的數(shù)量；ηi為第i個(gè)光伏電源最大發(fā)電效率；PgN，i為第i個(gè)光伏電源的額定容量；Pgmax為等效最大發(fā)電功率；為所有光伏電源的有效出力；k1為等效形狀修正系數(shù)；k2為等效平均發(fā)電功率系數(shù)；為日高峰最大功率預(yù)測(cè)值；為晚高峰最大功率預(yù)測(cè)值；ΔPg為等效削峰容量；為早晚高峰的功率差值。

根據(jù)不同地區(qū)負(fù)荷特性及負(fù)荷曲線的不同，將會(huì)出現(xiàn)日高峰高于晚高峰或晚高峰高于日高峰兩種情況。當(dāng)晚高峰高于日高峰時(shí)，光伏電源對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)的影響可忽略不計(jì)。

4 修正系數(shù)k1和k2的計(jì)算

分布式光伏電源有效出力的修正系數(shù)k1和k2的物理意義分別是：

k1表征某區(qū)域光伏發(fā)電系統(tǒng)出力曲線與電力需求的擬合程度，主要受區(qū)域光照、溫度等自然條件的影響。

k2表征某區(qū)域不同光伏電源間的出力關(guān)系，主要受不同光伏系統(tǒng)工藝及局部光照差異的影響。

k1和k2的計(jì)算步驟如下：

（1）某地區(qū)運(yùn)行的光伏電站應(yīng)具有相同的出力特性，則可確定光伏電源的綜合發(fā)電功率曲線。

（2）根據(jù)某地區(qū)實(shí)測(cè)負(fù)荷，擬合光伏電源的綜合發(fā)電功率曲線，得到不含光伏發(fā)電功率的網(wǎng)供綜合負(fù)荷曲線。

（3）光伏電源可能的最大削峰容量等于其等效最大發(fā)電功率。但由于光伏發(fā)電功率曲線與負(fù)荷曲線的形狀不同，實(shí)際的削峰容量肯定小于后者。為了確定合適的削峰容量值，可根據(jù)運(yùn)行光伏電源的等效最大發(fā)電功率與實(shí)際網(wǎng)供負(fù)荷功率的比例來選擇最大負(fù)荷日。

（4）通過加權(quán)平均，確定地區(qū)光伏電源在最大負(fù)荷日白天峰荷時(shí)段的發(fā)電功率以及確定已并網(wǎng)的分布式光伏電源在最大負(fù)荷日白天峰荷時(shí)段的平均削峰量。

（5）應(yīng)用式（5）、 式（6），計(jì)算 k1和k2。

光伏電源等效削峰容量修正系數(shù)的計(jì)算流程如圖6所示。

圖6 光伏電源等效削峰容量修正系數(shù)的計(jì)算流程

5 算例

假設(shè)配電網(wǎng)已接入光伏電源的總?cè)萘繛?00MWp，且計(jì)劃新增100MWp光伏電源，即光伏電源的接入容量將增至1000MWp。采用傳統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法，可預(yù)測(cè)得到區(qū)域電網(wǎng)日間高峰負(fù)荷和晚間高峰負(fù)荷分別為7000MW和6500MW。

對(duì)該電網(wǎng)光伏-負(fù)荷綜合功率最大值的預(yù)測(cè)過程如圖7所示。為簡(jiǎn)化說明，用3天的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行光伏電源的電力電量預(yù)測(cè)。根據(jù)該地區(qū)已建光伏電源的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，光伏電源在日間峰荷時(shí)段的平均發(fā)電功率為296.6MW，光伏電源白天峰荷時(shí)段的平均削峰容量為230MW。

圖7 光伏-負(fù)荷綜合最大功率的預(yù)測(cè)流程

若假設(shè)所有光伏電源的最大發(fā)電效率均為1，則可得1000MWp光伏電源的最大發(fā)電功率為：

由于傳統(tǒng)負(fù)荷日間最大功率和晚間最大功率的預(yù)測(cè)值分別為7000MW和6500MW，則可得：

即1000MWp光伏電源的削峰容量為257.4MW，考慮光伏電源削峰作用后，光伏-負(fù)荷綜合最大功率的預(yù)測(cè)值為6742.6MW。

6 結(jié)語

與常規(guī)電源相比，分布式光伏電源受光照、溫度、風(fēng)向等天氣及環(huán)境因素的影響很大，其輸出功率呈現(xiàn)出顯著的隨機(jī)性和群發(fā)性。本文對(duì)杭州電網(wǎng)的負(fù)荷特性以及某60 kWp分布式光伏電源接入后系統(tǒng)的等效負(fù)荷特性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的最大負(fù)荷水平和峰荷持續(xù)時(shí)間均有明顯下降，削峰作用顯著，且光伏電源的接入容量越大，削峰效果越好。但是由于光伏電源本身的波動(dòng)特性，光伏電源接入系統(tǒng)后，等效負(fù)荷的波動(dòng)明顯增加。這一特性給電力系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)帶來更多新的不確定因素，增大了系統(tǒng)等效負(fù)荷預(yù)測(cè)的難度。

通過光伏電源接入后對(duì)負(fù)荷預(yù)測(cè)（最大負(fù)荷及負(fù)荷電量）的影響分析，說明了光伏電源等效削峰容量及等效發(fā)電量的計(jì)算方法，可供開展配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)參考。

[1]FARID K.Intergration of Photovoltaic Power Systems in High-Penetration Clusters for Distribution Network and Mini-Grid[OL].jan.2009.http∶//canmetenergy.nrcan.gc.ca/eng/renewables.

[2]趙波.大量分布式光伏電源接入對(duì)配電網(wǎng)的影響研究[J].浙江電力，2010（6）∶5-8.

[3]桑妲.小型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的影響[J].上海電力，2008（2）∶132-134.

[4]王敏，丁明.含分布式電源的配電系統(tǒng)規(guī)劃.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)[J].2004，16（6）∶5-8.