整縣屋頂分布式光伏開發建設相關問題研究報告

■中國電機工程學會農村電氣化專業委員會

2021年6月20日，國家能源局綜合司正式下發《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，擬在全國組織開展整縣（市、 區）推進屋頂分布式光伏開發試點工作，通知要求試點縣（市、區）政府牽頭，會同電網企業和相關投資企業，開展試點方案編制工作。

各?。ㄗ灾螀^、直轄市）積極響應，據7月28日國家能源局新聞發布會，已有浙江、河南、湖北、江蘇、廣東、陜西、安徽等22個省(自治區、直轄市)提交了試點方案。東中部地區上報試點數量相對較多，平均每省上報的整縣申報規模超20個。保守估計已經上報的22個省(市、自治區)有超過400個縣參與到此次分布式光伏整縣推進試點中。根據目前簽約情況來看，預計最終規?；驅⒊^100 GW。

8月4日，北京懷柔區首個黨政機關屋頂分布式光伏發電項目——區發改委屋頂分布式光伏發電示范項目正式并網發電。采用合同能源管理方式建設運行，由建設方出資，享有項目20年產權及收益，合作期內光伏電量以電網電價8折銷售給區發改委使用，余電反送公共電網。

浙江省在2016年就提出了建設百萬家庭屋頂光伏工程的計劃，制訂了2016—2020年全省建成家庭屋頂光伏裝置100萬戶以上。截至2021年6月，全省分布式光伏發電項目裝機1137.4萬kW，并網項目數達到24.2萬個，其中92.1%為居民光伏項目。2021年6月，浙江省能源局發布《浙江省整縣（市、區）推進分布式光伏規?；_發試點工作方案》，要求全省山區26個縣全部參與試點并鼓勵積極性高、日間負荷大的區縣參與試點。截至2021年7月30日，全省有34個縣（市、區）與電力公司簽署了整縣光伏規?；_發合作協議。

開展整縣（市、區）推進屋頂分布式光伏建設，有利于整合新能源資源，實現集約開發，有利于節約優化配電網投資，有利于引導居民綠色能源消費，是實現“碳達峰、碳中和”與鄉村振興兩大國家重大戰略的重要措施。但由于分布式光伏的大規模集中建設并在短期內就地分散接入農村配電網，也會帶來很多問題和挑戰，比如電網承載能力和消納能力、對負荷側和配電網電壓穩定的影響、諧波干擾、配電網安全、電量消納及配套政策、光伏設備的運維管理等等。對此，應該抓緊開展相關工作研究，制訂相關技術標準，完善工作流程，積極穩妥地推進。

大規模（屋頂）分布式光伏分散接入農村配電網面臨的問題

據《2 0 2 0年國家電網公司年鑒》，2019年，國家電網公司供區農網供電可靠率為99.82%，綜合電壓合格率為99.80%，戶均配變容量為2.76 kVA。但是，我國農村電網發展水平存在較大的地區差異，經濟發達地區與欠發達地區的農村電網差異非常大，欠發達地區的農村電網仍然相對薄弱，供電線路長、承載容量小、自動化程度低、用電量低，對分布式光伏的消納能力較弱。

截至2020年底，國家電網公司經營區內分布式光伏并網容量7804.35萬kW（全國約8100萬kW），同比增長20.28%；并網數量187.65萬座，同比增長29.75%。南方電網公司經營區內分布式光伏裝機311萬kW，2020年風光發電量為86億kWh，占分布式電源發電量比例23.3%。

由于分布式光伏的接入，配電系統由原來的放射狀無源網絡變為具有大量分布式電源的有源網絡，電網的物理特性將發生很大變化。

接入點（電網）的承載能力和上網電量的消納問題

農村電網與縣城電網經歷過多次改造升級，基本能夠滿足城鄉居民生活用電與各行各業用電需求，但容量裕度有限，一些地區仍存在供電半徑大、峰谷差大、電壓質量差等問題，對光伏接入的承載能力有限，而當地的用電水平較低，就地消納能力不足。

當大量分布式光伏發電接入后，光伏發電功率超過電網的承載能力后，會對電網的安全運行產生重大影響。如果本地用電量較低無法消納光伏發電量，將產生大量的返送電量。此時，電網設備會出現電力倒送電現象，導致配電設備和線路過載。

并網后對電壓質量的影響

光伏發電的出力，完全取決于光照強度，在日間日照較好的情況下，光伏發電功率較大，與此同時用電負荷較輕，產生電力倒送會導致配電網過電壓。隨著日落光伏發電功率逐漸下降，此時農村用戶負載卻又上升，導致部分用戶又出現低電壓問題。目前，農村電網的配電變壓器基本上不具備自動調壓能力，難以應對光伏發電對負荷側電壓波動的影響。

目前，部分光伏發電使用的逆變器存在質量不穩定現象，長期運行后，技術指標下降，會嚴重影響電能質量，導致局部電壓波動。

分布式光伏的大規模接入會使電網電壓波動進一步加大，而分布式光伏應具備的“低電壓穿越能力”不足，當電網電壓在一定范圍內變化時，分布式光伏應保證在網穩定運行，避免發生非正常系統解列，出現棄光問題。

諧波的影響及危害

分布式光伏高比例接入時，由于逆變器等電力電子元件大規模接入電網，加上有些逆變器質量不佳，導致電網諧波污染并嚴重超標。電網諧波的危害是多方面的，會導致電網損耗增大、繼電保護誤動作、儀表測量不準確、線路過熱、電磁諧振、干擾通信、絕緣老化加速、電網設備和用電設備損壞等等，降低了供電可靠性和電能質量。據嘉興供電公司統計，在嘉興海寧尖山區域曾多次出現電網側諧波電流越限的情況，如2021年3月，海寧尖山53%的監測點有諧波電流超標記錄。

反送電對線損的影響

光伏電站在不同接入點不同接入容量下的網絡損耗是不同的，分布式光伏接入位置離負荷端越近，網絡損耗越小。

當光伏發電出力，大于節點處的負荷，配電線路上的潮流反轉，系統的網絡損耗逐漸增大。

“孤島”運行對電網（作業）安全的影響

雖然光伏電站都加裝了反孤島保護，但如果保護失效仍有可能出現“孤島效應”。對配電設備和作業人員的安全存在重大隱患： 當檢修人員停止電網的供電，并對線路和電力設備進行檢修時，光伏電站仍向電網供電，會造成檢修人員傷亡事故；在電網發生故障時，由于光伏電站沒有解列，仍繼續供電，當電網恢復供電時，電網電壓和并網輸出電壓在相位上可能存在較大差異，瞬時產生很大的沖擊電流，從而損壞設備。

反送電對電網潮流和繼電保護的影響

分布式光伏接入電網，使配電網由傳統的單向輻射網絡變為雙向潮流網絡，上送潮流可能會大于原下送潮流，使得配電線路設備選型標準必須相應提高。分布式光伏并網改變了傳統配網的潮流分布規律和網供負荷的性質，故障特性亦隨之發生改變，繼電保護整定計算和控制更為繁復，對保護配置的要求更高。對于含高比例分布式光伏的配電網，傳統單端保護無法滿足運行要求，配電網保護方式和相關技術標準及繼電保護裝置的選擇等的研究需進一步深入。

分布式電源（裝置）日常維護

光伏發電的資產屬于投資人所有，無法納入公共配電網設備的統一管理中。目前并網的光伏發電設備主要由產權所屬單位、個人或委托第三方公司承擔主體運維責任。

整縣推廣屋頂光伏后，會出現運維管理主體多，管理質量參差不齊和無人管理的問題，對發電設備安全和電網安全都會帶來威脅。

缺少主動監測預控手段。分布式光伏分散接入，僅在用戶側安裝防孤島裝置、隔離開關或空氣開關等開斷設備，不支持遠方操作，無法接入統一平臺。運維人員處理并網過電壓等問題時，缺乏實時監測、分析或預警控制等技術手段，存在用戶誤動安全裝置和盲目送電的風險。

政策支持

大規模分布式光伏接入必然會引起農村電網投資的較大幅度增加，原來制定的農村電網建設和投資標準將會有較大突破。需要將其納入農村電網輸配電價格的測算之中，研究鄉村電網投資在國家和地方財政政策、金融優惠、市場支持等政策。

應開展的相關工作

試點縣配電網對屋頂分布式光伏接入能力調查和評估

國家電網杭州蕭山區供電公司工作人員在杭州帝凱工業有限公司的光伏屋頂，檢查光伏設備并網運行情況

一是開展縣域分布式光伏屋頂資源可開發潛力調查工作，查清可利用的屋頂資源及可安裝的容量；二是弄清現有中低壓配電網和配電變壓器的承接能力（最大接入功率）。經過綜合分析、評價，結合配電網發展規劃，對所在縣近期和中遠期可接納光伏發電能力作出評估，指導各單位協助政府開展屋頂光伏建設。

分布式光伏大規模接入對配電網和負荷側電壓影響的測試

在光伏發電出力、接入位置、線路參數和負荷水平不同的情況下，現場實測單個和多個分布式光伏并網對配電網電壓的影響，提出解決方案，解決配電網中高滲透率分布式光伏造成的電壓越限問題，改善系統節點電壓，實現分布式光伏就地自適應的電壓控制。

加強分布式光伏并網全過程管理，對新并網分布式光伏，在投運前做好電壓、頻率保護定值的統一整定和管控，對已并網的分布式光伏，做好涉網電壓、頻率保護定值的重新核查和整定。

不同容量光伏發電接入低壓配電網的諧波測試

研究高密度分布式光伏接入后農村配電網的諧波監測和治理問題。按照原來規定的諧波“誰產生、誰治理”的原則，大量分布式發電接入農村配電網后，注入電網諧波的溯源問題更為復雜，很難找到具體的諧波注入用戶。在大量分布式光伏并網的農村配電網，在不同容量下對負荷側、配電變壓器側的諧波影響程度進行現場測試并出具分析報告，制定消除諧波的技術措施，以保證電網的安全運行和供電質量。

大規模光伏并網對繼電保護影響的測試

大規模分布式光伏發電并網后，對配電網短路電流和保護定值將產生很大影響；反送電對保護配合方式將產生影響；重合閘的設定原則要做調整。應研究制定適應大規模光伏接入配電網的繼電保護設置原則和標準。例如在保護系統方面，為防止保護誤動，須考慮在系統側變電站內出口斷路器加裝功率方向保護；為防止保護拒動，必要時在光伏系統并網端加裝斷路器，并裝設縱聯差動保護。

在安全自動裝置方面，為減弱對重合閘的影響，系統側應增設檢無壓重合。

在配電自動化系統方面，電流集中型配電自動化系統的智能開關需加裝電流方向元件，配電自動化系統主站需變更故障區間判斷邏輯等。

根據最新技術標準要求，加強分布式光伏并網全過程管理，對新并網分布式光伏，在投運前做好電壓、頻率保護定值的統一整定和管控，對已并網的分布式光伏，要做好涉網電壓、頻率保護定值的重新核查和整定。

現有光伏并網裝置“反孤島”能力及相關風險分析

有研究表明，若不加裝反孤島，接入的光伏容量最多只能為變壓器容量的25%，若加裝反孤島裝置，可以增加到變壓器容量的80%。應根據光伏的安裝容量大小和變壓器的自身容量，加裝反孤島裝置。

在光伏系統側須裝設檢同期設備，并裝設反孤島裝置及裝設低周、低壓解列裝置，增強電網“反孤島”能力。

應用智能測控保護裝置，實現對分布式電源遙測、遙控，實現快速“反孤島”保護，縮短故障切除時間，解決配電臺區監控手段缺乏問題，保障分布式電源和電網的安全穩定運行。

電量反送和轉移消納對線損的影響分析

當光伏發電量大大超出原有供電量水平時，對電網的電能損失將產生較大影響。電網企業應結合典型工程案例進行計算分析，得出定性定量的結果并報告相關部門。

適應分布式就地消納和上網（轉移）的計量方式研究

分布式光伏產生的電量原則上應就地消納，但也會產生余電上網，有的甚至大部分上網。國家對發電上網和不同類型負荷用電有著嚴格的電價政策，近期又擬調整峰谷電價政策。對光伏電量就地消納、上網轉移消納應分別計量，按類、按時段區分，與之配套的計量裝置和計量原則須提前研究明確。

對大規模分布式光伏發電運行監測、管理平臺建設的研究

縣域電網在大規模接入光伏后，在各個電壓等級上都可能出現比較嚴重的電能質量問題，可利用主站端的全局信息進行整體分析，選取問題突出的典型區域或者線路電壓數據進行電壓異常原因分析，摸清電壓問題存在的特點、變化規律，尋找電網薄弱環節，給出分層級的電能質量治理解決方案。

提高鄉村電網的智能化水平。適應分布式發電的大量接入是農村智能電網的發展目標，要重視研究鄉村電網的數字化轉型，將傳統鄉村電網改造成數字化鄉村電網，重視研發性價比高、維護簡便適應鄉村電網的各類數據采集終端和裝置，對接入電網的分布式新能源的數據實現自動采集、邊緣處理。

浙江嘉興建設了區域光伏信息采集系統，項目接入率達99%。該系統接入非戶用分布式光伏數據信息，結合調度自動化、配網自動化、政府氣象系統等數據，具備運行狀態監視、數據統計分析、分布式電源發電及相關區域負荷預測等功能，滿足分布式光伏精細化、有序化管理要求，提升服務和管控水平。

光伏發電量就地消納和就近消納的調查評估

對就地（用戶側）、就近（配電臺區內）、轉移（跨臺區）消納（電量）能力開展調查和評估。根據變電站負荷情況，按照就地和就近消納、盡可能減少向上一級電網倒送的原則，確定轄區新能源發展規劃，可劃分為高速發展、中度發展、限制發展等級別，從源頭上引導新能源有序接入。

挖掘源網荷各側彈性資源潛力，完善需求側響應機制，以需求側的柔性適應供應側的不確定性，提升可再生能源的消納能力、緩解配電網調峰壓力。

適應分布式光伏消納的儲能裝置設置方式和相關技術研究

為提高配電網對并網光伏發電的消納能力，在推廣屋頂光伏的同時，應配套建設儲能裝置，按負荷（用戶）側儲能、臺區內集中儲能（共享）、10 kV線路上設置儲能（共享）進行研究評估，提出適合的方案。

浙江正在開展縣域光伏發展適應性研究，在整縣光伏建設區域，探索集中式和分布式相結合的儲能配套方案，充分發揮儲能對電網的多時空尺度支撐能力，有效解決山區縣源荷發展不均衡、不對稱的問題。積極參與微電網建設，充分發揮微電網在分布式新能源就近并網和消納的作用。同時，推動出臺“配額制”儲能建設模式，解決在儲能裝置建設方面存在的“發電企業不愿投、電網公司不能投、社會資本不想投”困局。

修訂完善鄉村電網規劃編制導則和設計、建設標準，今后在鄉村電網的建設中要考慮大量分布式光伏（包括其他新能源）的消納和配備一定數量的儲能裝置等，并作為鄉村電網不可分割的組成部分。

實施電氣化提升工程、電能替代工程，培育用電市場，就地就近消納光伏發電，減少排放

為推動分布式能源就地消納，應積極培育用電市場，通過農村電氣化工程、電能替代工程等，提高電能在終端能源的比重；著力推動農業生產生活電氣化，提升農村地區分布式光伏就地消納能力。提高鄉村電氣化水平，全面拓展農業領域電氣化市場，推動農業生產技術升級。借助農網升級改造，大力推廣電排灌、電動農機具、農業養殖溫控、電動噴淋、電孵化等電氣化示范項目。大力推廣高能效設備，推廣校園電氣化項目，鄉村旅游電氣化，試點在農村地區推廣“電土灶”、電炊具、電采暖、電炒茶、電烘干等高能效電器設備應用，實現分布式光伏發電就地消納。試點優化農村能源供給消費結構的新型模式，建設以村、鎮為單位的鄉村綜合能源示范區。研究“近零能耗”住宅建設，為鄉村能源綠色轉型提供借鑒和示范。

相關工作建議

規劃引領，標準先行

在對配電網接入能力調查和做出相關測試分析的基礎上，依據已有的配電網規劃，提出優化調整方案，指導近期和中遠期可再生能源接入，在規劃引領下實現分布式光伏有序建設和接入。一是做好前期屋頂潛力調查工作。積極配合地方政府開展縣域分布式光伏屋頂資源可開發潛力調查工作，通過大數據技術手段，提高測算結果的科學性和準確性。二是做好光伏接入引導工作。全面梳理分布式發電在市場開發、建設、運營管理方面的制度標準，總結經驗；政府應出臺有關分布式光伏開發規模、建設方案、建設標準、投資模式、商業模式等指導意見，規范分布式光伏項目的實施。大規模分布式光伏開發建設并網發電，涉及很多技術、管理和政策問題，當前也面臨很多瓶頸，要防止一哄而起和運動式推進，要在規劃引領下實現有序發展。應發揮電網公司的技術、人才、管理優勢，組織各單位開展光伏業務交流會，針對分布式光伏業務開展的關鍵點、難點、風險點做好識別及防控。

編制適應大規模屋頂分布式光伏接入配電網的技術標準、管理規定，完善相關管控流程，引導源、網、荷、儲協同發展。

積極做好光伏并網服務工作。做好光伏并網配套工程建設，加強對農村配電網的升級改造，確保大量分布式光伏并網后的安全穩定運行。依托“新能源云”等平臺，構建分布式光伏規?；_發全流程、全環節、全周期的服務體系，制定完善分布式光伏開發服務細則，實現分布式光伏并網“一條龍”服務。加強數字化供電所建設，推動供電所管理和服務能力雙提升，服務分布式光伏發展。

價格引導，市場化運作

政府應制定系統備用容量費、市場交易等方面支持政策。完善以市場為導向的綠色低碳技術創新體系。推動新能源參與市場化交易，統一納入省級交易平臺。健全綠電交易市場體系，擴大交易規模，通過競價發現綠電市場價格，激發市場活力。在合理的價格下引導投資方、消納方和電網企業按市場化規則有序運作。

制訂投資人在光伏并網需承擔的儲能和消諧的責任原則，對配套的儲能裝置和消諧設備可以由投資人自建自管，也可以采取按定額繳費，統一建設共享資源的辦法。

明確由于分布式大規模并網引發的電網擴容改造投資來源或相應電價政策。

大規模分布式光伏電站接入配電網，不僅在技術和管理層面對配電網帶來重大影響，而且也會對不同電壓等級的配電網的投資成本、網損和運行成本等產生顯著影響。如何進行分類定價并在各市場成員之間進行公平分攤，需要開展相關研究。

明確分布式光伏的定性、定量原則，確定分布式光伏投運后運維管理、信息監控、管理平臺建設，離網后并網控制等管理責任及相應運營機制。

政企協作，有序發展

整縣屋頂分布式光伏的建設離不開政府的宣傳引導和推動，可在縣域范圍增設相關宣傳欄及宣傳標語，增加相關進展的新聞報道及曝光度，宣傳整縣屋頂分布式光伏建設對于實現我國“碳達峰、碳中和”目標的重要意義和作用，加強縣域人民群眾對于整縣屋頂分布式光伏建設的認同感；在政府部門層面設置整縣屋頂分布式光伏建設督導小組，制定階段性建設規劃與計劃，定期檢查總結建設情況，有力推動整縣屋頂分布式光伏建設。

整縣屋頂分布式光伏建設電網建設投資金額多、工程規模大、覆蓋范圍廣，供電公司應主動溝通政府，贏得政府對此項工作的認可和支持，爭取將屋頂分布式光伏的建設投資和配合電網建設涉及的民事工作納入對各鎮街的綜合考核，為電網發展建設營造良好的外部環境。通過企業與政府的合作，實現資源與服務的共享，“政企聯動、合力推進”，確保項目快速推進，高效利用，高質量發展。