上海电力大学 赵 静

1 引言

随着国内外二氧化碳排放量的增多，大气污染、全球变暖、生态破坏等一系列环境问题接踵而来，如何实现“碳减排”成为全人类共同面临的问题。2020年，在第75届联合国大会上，习近平总书记作出“双碳”承诺，力争2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和，以此为全球的“碳减排”贡献中国力量。

根据我国最新公布的2020年碳排放数据，2020年我国共排放二氧化碳98.94亿吨。其中，电力、钢铁、建材、石化化工、有色、航空、造纸七大行业成为主要的碳排放来源[1]。图1为我国2020年碳排放来源占比图。

从图1中数据可以看出，2020年电力行业的碳排放量约占全国碳排放量的40%，电力成为碳排放的主要来源。多年来，经过电力行业的不断发展，我国已成为电力生产与消费大国，因此电力“碳减排”成为中国实现“双碳”目标路上的主力军。2021年，在中央财经委员会第九次会议上，习近平总书记明确提出，构建以新能源为主体的新型电力系统，大力发展可再生能源，利用新型能源发电来改变传统的能源发电模式，从而减少电力行业的碳排放量[2]。按照供电企业现阶段对新型能源特别是分布式光伏的接纳对策，在某些区域中，随着越来越多的光伏并网，其发电量已远远超过负荷的消纳能力，光伏所发电量传输至上一级电网，这在无形之中增加了电网损耗，不利于电网的长久运行。因此，从网损角度出发，通过研究分布式光伏并网后对网损的影响，研究并提出针对性的接纳对策，对于提高电网经济性，维持电网长久稳定运行具有重要意义。

2 分布式光伏发电现状分析

在各类新型能源中，利用太阳能和风能进行发电受到越来越多的关注，其中太阳能以其绿色、清洁、普遍性、储量大、易获得等多种优势，成为电力行业的首选。太阳能发电是利用太阳能光照使半导体材料的不同部位之间产生电位差，从而实现将光能直接转变为电能的过程，即产生光生伏特的效果，俗称“光伏发电”[3]。根据国家能源局公布的有关数据，截至2021年年底，我国光伏发电累计并网容量已达到3.06亿kW，位居全球首位。如图2所示，为我国2016年至2021年光伏累计并网容量统计图。

从图2可以看出，随着国家政策的大力支持，光伏并网容量持续提升。2020年同比增长24%，2021年同比增长20.1%，未来也必将有很大的发展趋势[4]

在实际工作中，光伏发电按照并网电压等级的不同，分为集中式光伏与分布式光伏，其中集中式光伏并网电压一般为35kV或者110kV，经过长距离的线路来输送高压电，如我国2022年北京冬季奥运会，就是利用集中式光伏将张北地区的清洁能源输送至北京电网，创造了“绿色东奥”。分布式光伏一般为380V，多用于某局部区域中的并网发电，其中最常见的就是安装在平原地区居民房顶处的光伏。表1为集中式光伏与分布式光伏的对比。

表1 集中式光伏与分布式光伏对比

通过对比集中式光伏与分布式光伏可以看出，分布式光伏并网相对简单，维护相对方便，投资相对较低，因此在现阶段推广分布式光伏发电也得到国家政策的大力支持。根据国家发展和改革委员会发布的《关于调整新能源标杆上网电价的通知》，针对分布式光伏发电按照发电量不同给予不同的电价补贴，光伏发电户的发电量越多，其得到的相应补贴也越多[5]。随着国家对补贴政策的推出，分布式光伏得以迅速发展，越来越多的居民客户选择在自家大棚或房顶安装分布式光伏发电设备。图3为我国2016年至2021年分布式光伏累计并网容量统计图。

从图3可以看出，2021年分布式光伏累计并网容量已超1亿kW，同比增长37.56%。同时，结合图1和图2可以发现，在所有并网的光伏中，分布式光伏并网容量占的比例从2016年的13.40%提升至2021年的35.13%，分布式光伏发展趋势持续向好。

3 现阶段供电企业对分布式光伏的接纳对策分析

3.1 现阶段接纳对策概况

供电企业作为一家国有大型服务企业，在国家政策的倡导和客户报装申请下，在实际工作中尽量满足广大电力客户的合理需求，因此当客户在供电营业厅申请安装分布式光伏时，供电企业对客户申请安装的光伏先行受理接入，将其并网至就近的变压器下。在供电企业中，以一个变压器为单位，其所带线路及所有用电户、发电户组成的区域为一个台区。随着某台区下并网光伏的增多，部分光伏发电量因不能被该台区中用电户所及时消纳而被传输至上一级电网中，在这过程中会增大电网损耗，此时供电企业再根据实际需要对该台区进行现场改造，通过增加变压器容量或者分台区分户等方式来分担光伏所发电量，从而减少光伏在向上一级电网传输电量过程中的损耗。供电企业这种对客户申请的分布式光伏发电并网在前、台区改造在后的接纳对策，在供电企业日常工作中被称为“先接入、后改造”。图4为“先接入、后改造”接纳对策的流程示意图。

供电企业通过对分布式光伏实行“先接入、后改造”的接纳对策，既满足客户需求，响应了国家倡导分布式光伏的号召，又在后续工作中结合实际，满足电网自身发展要求。

3.2 现阶段接纳对策存在的问题

近年来，随着国家惠民政策的提出，工商业等行业电价多次下调，因此供电企业从一定的经济效益角度出发，加大了对网损的关注。随着部分台区中分布式光伏数量的增多，其对台区损耗的影响也逐渐显现。以山东省某供电企业2022年2月的台区损耗为例，在其管辖的1760个台区中，安装有分布式光伏的台区603个，光伏并网容量超过其负荷容量的台区43个，其中有38个台区线损率超过5%，在光伏容量未超用户负荷容量的台区中线损率大于5%的有2个，其余非光伏台区中线损率大于5%的有4个。图5为所有线损率大于5%的台区分类占比图。

从图5可以发现，在线损率大于5%的台区中，其中光伏容量超过负荷容量的台区最多，占所有台区的86%，这说明光伏发电与网损之间存在一定的联系。同时，值得注意的是在2017年，未接入光伏或接入光伏尚不多时，此部分台区的线损率普遍较低，这说明随着后来部分光伏的接入与发电，增加了电网损耗。

“先接入、后改造”的接纳对策作为供电企业对国家倡导分布式光伏的积极响应，只是供电企业在理想状态下的工作方式。在实际工作中，由于后期台区改造涉及资金多、工程广，需要经过企业立项与层层审批，因此台区现场改造落地较慢，从改造计划提报至改造完成往往需要至少一年的时间。在这期间当客户申请安装光伏时，供电企业按照“先接入、后改造”的接纳对策，接受客户安装申请，对其分布式光伏先行并网。这虽满足了客户需求，但是随着并网光伏的增多，当并网容量超过台区用户消纳能力时，不能做到及时将现场改造完毕，在这期间使电网损耗越来越大，对电网运行带来极大的挑战。

通过上述分析可以发现，在原本变压器容量与用户数量相对稳定的前提下，当光伏接入不多时，对电网损耗不会产生不利影响，但是随着光伏接入的增多，会使部分台区网损持续偏高。供电企业现阶段对于分布式光伏一律采取“先接入、后改造”的接纳对策存在一定的盲目性，无形之中增大了部分台区的电网损耗与运行压力，为以后的工作带来一定的不便与安全隐患。因此，有必要对光伏并网后产生的损耗进行分析，根据不同台区的实际情况，对分布式光伏并网提出具有针对性的接纳对策，从而使所有台区符合电网的经济性要求。

4 光伏接入对电网损耗影响的分析

电网在正常输送电能的过程中，其经济得失主要体现在电网损耗上。当某台区未并网光伏时，台区用户仅依靠变压器对其进行供电，此时该台区内的电网损耗为从变压器处供入到台区内的电量与所有用户处用电量的差值。图6为某台区未并网光伏时对用户供电的示意图，其中负荷L处所用电能均来自变压器S。

对于电网而言，电网损耗为一定时间内功率损失的多少，即电网损耗：

其中，R为电阻，U为电压，P、Q分别为有功功率和无功功率。

设负荷L处的有功功率和无功功率分别为PL和QL，变压器至负荷的电阻为RSL，则此时变压器至负荷处的网损为：

当该台区下接入并网光伏后，光伏发电的电经过逆变器进入电网线路，此时除了原本变压器外，所并网的光伏也成为台区的供电来源，即供入到台区的电量为变压器处的供入电量与光伏发电量的和，此时的电网损耗由变压器至光伏间的网损和光伏至负荷间的网损所组成。图7为该台区并网光伏后对用户供电的示意图，其中变压器S和光伏G共同为负荷L提供电能。

设光伏G处的有功功率和无功功率分别为PG和QG，变压器至光伏出的电阻为RSG，光伏至负荷处的电阻为RGL，此时电网损耗为：

当并网光伏后，从变压器至负荷途经线路的总电阻为变压器至光伏处的电阻与光伏处至负荷处的电阻之和，即RSG+RGL，其等于光伏未并网前的线路总电阻，即RSL=RSG+RGL。

所以，光伏并网后与光伏并网前的电网损耗差值：

通过以上分析可以看出，在用户负荷一定的情况下，光伏并网前后的损耗差值取决于两个变量值。一个是变压器至光伏板之间的电阻，当所用线路一定时，电阻的大小与两者距离长短有关，也可看作与光伏板与负荷的距离长短有关。另一个是光伏板的功率，其与光伏板容量有关。所以宏观表示的话，电网损耗差值取决于光伏板的安装位置和光伏板自身容量。在光伏板安装位置不变的情况下，当光伏板安装容量小于两倍的用户负荷容量时，损耗差值小于0，即安装光伏后的电网损耗小于安装光伏前的损耗，说明此时光伏可以起到减少电网损耗的作用，且光伏发电量基本可以实现就地消纳。反之，当光伏安装容量大于两倍的用户负荷容量时，损耗差值大于0，即安装光伏后的电网损耗大于安装光伏前的损耗，说明此时安装的光伏会增加电网损耗，且光伏发的部分电量将通过线路传输到上一级电网中，使电网存在的一定的经济损失。

其中，对于光伏板的容量小于两倍的用户负荷容量，即安装光伏对降损有利时，在其容量不变的条件下，由于线路已确定，所以变压器至光伏板之间的电阻与取决于两者之间的距离，光伏板距离变压器越远而距离负荷越近时，光伏板至变压器之间的电阻越大，对增大并网前后的网损差值越起到积极作用，说明光伏发的电越容易被负荷所就地消纳，此时网损越小。反之，当光伏板距离变压器越而距离负荷越远时，光伏板至变压器之间的电阻越小，并网前后的网损差值越小，说明光伏发的电大多进入到上一级电网中，此时虽对网损有利但作用不大。

通过以上分析可以看出，光伏并网的容量与安装位置都对电网损耗有着一定的影响，或可增大网损，或可减少网损，同时也因为安装位置的不同对减少网损有着不同程度的影响。因此，在工作中应按照台区与光伏的实际情况，对分布式光伏入网采取针对性的接纳措施，尽可能减少电网损耗，从而提高电网的经济性，保证电网稳定运行。

5 基于网损影响的接纳对策研究

根据上述的分析，可以发现分布式光伏与台区损耗之间有着密切关系，因此应按照光伏的并网容量与安装位置，在不同情况下采用不同的接纳对策。

客户申请光伏并网时，应首先预估并网后台区内总的光伏容量，并通过对比预估的台区光伏容量与现有用户负荷容量的大小来判断其对网损的影响。根据前面的理论计算与分析，当台区内总的光伏安装容量小于两倍的用户负荷容量时，安装光伏可以减少电网损耗，因此供电企业可以按照客户的入网申请安装光伏发电板。同时，为保证可以最大限度地减少网损，应结合台区与客户的实际情况，将光伏尽量安装在距离用户负荷近的位置，远离线路末端，尽可能使光伏所发电量就近消纳，从而减少光伏发电量在传输过程中的消耗，发挥光伏发电对减少电网损耗的最大优势。

若按照客户的并网申请容量，会使台区总的光伏安装容量大于两倍的用户负荷容量时，此时安装光伏将增大电网损耗，不利于电网的稳定运行，因此供电企业应与客户协商，重新规划光伏并网情况，比如可以将客户所申请光伏连接至附近的合理台区进行并网，同时利用预留资金，集中力量在规定时限内完成对原台区的现场改造，采用增大变压器容量或通过对原台区进行分台区分户，来扩大负荷容量，分担光伏发电量，以此在符合电网自身稳定运行的条件下再进行后续的光伏接入等相关工作。

在“双碳”政策和国家对新型电力系统的大力倡导下，分布式光伏数量明显增多，与此同时，供电企业“先接入、后改造”的接纳对策在分布式光伏并网的过程中存在一定盲目性，增加了部分台区的电网损耗，对电网的安全运行带来一定的风险隐患，不利于电网长久运行。本文通过探究分布式光伏并网后对网损的影响，发现光伏容量和安装位置与网损之间都有着密切联系，因此应根据光伏接入与台区实际情况，对分布式光伏并网采取针对性的接纳对策，尽可能通过发挥光伏的最大优势来减少电网损耗，提高电网经济性，从而有利于电网的长久稳定运行和助力“新型电力系统”的建设与应用。