含分布式光伏的农村低压配电网智能研判系统

  完成单位：国网山东省电力公司昌邑市供电公司、国网山东省电力公司潍坊供电公司

  主要完成人：刘沛岩、刘增文、李明明、季勇、吕毅、韩伟、李慧、李焕超、姜文龙、刘品

一、研发背景

电网企业支持分布式光伏新能源大量并网，实现传统能源替代，减少碳排放，十四五期间，随着大量分布式光伏电源并网，配电网面临重过载，电压越限，光伏无序发电等安全风险，我们应该主动采取措施防范和化解这些风险。但是传统单电源配电网运维方式难以适应分布式光伏并网后的多源配电网运维要求，通过大数据分析，智能研判等技术替代人工计算，经验判断，实现配电网安全、高效、智能化运维模式是今后配电网发展的方向。

1.重过载监测盲区。分布式光伏接入配电网后，光伏倒供和线路重过载时有发生。传统的通过监测配变出口电流来判别设备是否重过载的方法无法监测线路设备运行数据，会出现重过载监测盲区。

2.非计划孤岛运行。大量分布式光伏并网后，光伏电源无序发电，严重时会带来非计划孤岛运行的安全问题，设备运维存在风险，缺乏孤岛监测隔离手段。

3.电能质量异常。一是分布式光伏发电功率无法就地消纳时，会引起并网点附近网供用户过电压，通过配变调档等传统调压方式无法降压，用户电能质量难以保障。二是传统的谐波计划监测定位方法存在定位不准，效率低的弊端，无法适应大量分布式光伏并入后的配电网谐波污染源快速定位要求，亟需实现谐波实时监测手段。

  二、发明团队介绍

负责人：刘沛岩

团队成员：韩伟、张琪、齐同飞、王健、李焕超、彭雪占、周杨、刘立党、闫栋、王志翔、姜文龙、徐晓伟、朱雷、张正君、谢建熠、亓化祯、张健、李慧、纪妮妮、孟德治、马晓光、杨彦光、徐广伟、刘品、李晨、王杰钦、张圣端、李润欣、车晓晓、吕文波、许世峰、丁晓辉、董飞

国网昌邑市供电公司精益创新突击队，由劳模工匠为带头人，一线技术人员和创新工作室主要成员为研发主体的创新攻关团队，全部40岁以下，创新团队立足生产工作实际，不断向配电、农电、营销等专业延伸，带动更多岗位，达到了实训实效成长成才的目的，把一线生产中所遇到的实际问题和需求提炼出来形成的研发项目，提升到科研开发的高度上来，再结合研发方向开展的联合创新攻关，配备软硬件资源、仪器装备，为平台，实现创新项目和创新团队的高效衔接。目前团队成员获得国家级QC成果11项，授权发明专利10项、实用新型专利6项，省部级创新成果6项，多项成果解决了实际工作中的困难。

  三、成果(专利)简介

已申请核心专利：《一种农村低电压用户诊断分析系统和方法》、《一种农村配变档位分析方法》、《一种提高农村电压合格率的分析系统》

已授权核心专利：《用户计量倍率档案校验方法及系统》、《电缆自动剥皮器》、《一种调度机房用散热装置》《一种电缆头加工台》、《一种电力线路树障清理装置》

已发表论文：《“三点一面”开展配网安全隐患排查》、《四维运检加强配网管理》、《昌邑公司“大检修”体系建设的措施探索》、《探索缩短光纤通信故障定位时间的方法》该项目提出了含分布式光伏的农村低压配电网智能研判系统架构，由感知层、应用层、平台层以及边缘计算组成。创新提出了设备重过载实时监控策略。取所有负荷用户和光伏接入点电流值，监控布点的电流=布点后所有负荷电流之和-发电电流之和。当监控布点的电流超容量电流的70%时，该点处设备就会被判别成重载运行设备，当监控布点的近似电流超容量电流的100%时，该点处设备就会被判别成过载运行设备。根据单元供电网络分析法，推算出了充分消纳光伏的约束条件，创新提出了分布式光伏自动调度策略，伴随用户负荷需求变化自动调度分布式光伏发电上网功率，最大化实现功率均衡消纳，确保分布式光伏附近电压不越限。

1．构建智能研判系统感知层

采集终端布点方式：一是在分布式光伏逆变器之后，并网点之前安装采集装置；二是变压器出口侧以及用户集中式表箱之前安装采集装置。通过多点布控实现配电网光伏并入点和用户表箱前的数据监测采集功能。如图1所示：

 图1 采集终端布点方式

2.构建智能研判系统应用层

（1）应用监控软件搭建配电网实时监控系统，绘制分布式光伏并入的配电网拓补图，设计配电网监控界面。

（2）主站与终端之间实现5G通信，数据实时交互，双向传输，监控界面实时显示各监测点的电流，电压，谐波，开关分合位等变量信息。

（3）开发设备重过载信息主动告知，谐波源定位，非计划孤岛运行告警以及其他历史数据、事件报表功能。

3.构建智能研判系统平台层

（1）编写线路重过载智能研判算法，大数据分析各并网点前后线路的负载程度，主动告知台区经理设备重过载运行情况；

（2）编写基于分布式光伏并入配电网后运行方式优化的自动调度算法，实现分布式光伏发电有序消纳，剩余电量就地储能的自动调度功能。

4.采集装置安装

（1）低压分布式光伏一般为单相发电，每个分布式光伏逆变器之后，并网点之前均安装采集装置。

（2）普通居民照明用户集中式表箱前安装单相采集装置，动力用户表箱前安装三相式采集装置，配变出口处安装采集装置。

5.监控框架

（1）控系统主要分为监控主界面、事件报表查询统计、拓扑图编辑器、简单公式编辑器。

（2）监控主界面由配电网拓扑图，设备参数，节点开关分合信号，节点电压值，回路电流值，回路电流谐波信号等内容组成。

（3）事件报表查询统计由开关动作、回路电流谐波历史事件查询和电压、电流历史数据查询组成。

拓扑图编辑器有监控主界面拓扑图以及采集节点模拟量新建和修改功能。

（4）简单公式编辑器可以实现模拟量之间公式运算。

6.大数据智能研判

（1）编写线路重过载智能研判算法，大数据分析各并网点前后线路的负载程度，主动告知台区经理设备重过载运行情况。算法取所有用户和光伏接入点电流值点，监控布点的近似电流=布点后所有负荷电流之和-发电电流之和。当监控布点的近似电流超容量电流的70%时，该点处设备就会被判别成重载运行设备，当监控布点的近似电流超容量电流的100%时，该点处设备就会被判别成过载运行设备，并主动告知台区经理。

（2）编写基于分布式光伏并入配电网后运行方式优化的自动调度算法，实现分布式光伏发电有序消纳，剩余电量就地储能的自动调度功能。

图2 单元供电网络

 是单元供电网络的，其中是第n个单元供电网络单元的输入电流，是第n个单元供电网络的输出电流。                                                                         

配变出口电流等效公式如下：

通过回路电流法可知，单元供电网络的输入输出电流差值等效为负荷电流之和与光伏发电电流的差值。

其中是第n个单元供电网络的负荷电流，是第n个单元供电网络的光伏发电电流。代表第n个单元供电网络的光伏开关状态，1表示合位，0表示分位。

设计目标函数，令单元供电网络最大程度消纳分布式光伏发电

该算法充分考虑了计划或故障情况下光伏开关分合位的情况，此时单元供电网络的状态变量将直接转为常量0或1参与程序运算。当出现多解的小概率事件时，优先选择末端单元供电网络分布式光伏开关合位的最优解。

  四、成果（专利）转化情况介绍

含分布式光伏的农村低压配电网关键技术在潍坊光明电力服务有限公司昌邑分公司和昌邑市海能电气设备有限公司试点应用。

截止2021年，潍坊光明电力服务有限公司和昌邑市海能电气设备有限公司为国网昌邑市供电公司安全接入分布式光伏容量3兆瓦，光伏每发1度电，大约相当于碳减排560克，1千瓦的分布式光伏平均每天约发5度电，每年可实现碳减排（84×365）吨。

保证了供电企业设备安全运行，消除用户安装分布式光伏的后顾之忧，促进分布式光伏快速发展，实现绿色能源替代。

  五、经济效益与社会效益介绍

该技术应用既能保证供电企业设备安全运行，也能消除用户安装分布式光伏的后顾之忧，促进分布式光伏快速发展，实现绿色能源替代。

预计到2025年，光伏装机容量将会呈现爆发式增长，随着分布式光伏不断接入配电网，该技术安全性高，可靠性高，投资收益高的优势将会充分得到发挥。按照配变容量的25%接入分布式光伏发电容量，光伏每发1度电，大约相当于碳减排560克，1千瓦的分布式光伏平均每天约发5度电。

截止目前，潍坊地区有40000台公变具备分布式光伏接入条件，低压分布式光伏接入总容量超过4000兆瓦，预计每年可实现碳减排（11200×365）吨。

该技术的投入成本低，每台终端成本不超过3000元，系统运维和软件服务费用不超过1000元，如果该技术推广至全省，乃至全国，市场效益巨大。