赵 炜， 杨晓东， 胡文丽
（1.国网保定供电公司， 河北 保定 071000； 2.国网河北省电力有限公司， 河北 石家庄050000）
1 研究背景当前，在国家“碳达峰、碳中和”的战略目标下，构建以新能源为主体的新型电力系统成为能源电力行业的重要责任与使命。我国新能源正处于由补充型电源逐步向主力型电源转变的重要时期，分布式光伏以其投资成本低、技术门槛低和国家补贴高的特点深受广大用户欢迎，迅速发展。分布式光伏集中、大量的接入对传统电网的运行和安全产生了巨大的影响。因此分布式光伏对电网安全稳定的第三道防线，特别是对低频策略的影响，成为亟需研究的课题之一[1]。
2 低频减载及其整定特点电网的第三道防线指的是失步解列、频率及电压紧急控制装置。其中的频率紧急控制就是本文提到的低频减载，指的是当电力系统中出现有功功率缺额引起的频率下降时，根据频率下降的程度，自动断开一部分不重要的用户，阻止频率下降，以便使频率迅速恢复到正常值，保障电网安全、保障民生和重要用户供电[2]。
低频减载策略按照“分批有序”的原则切除负荷分路，一般按照电压等级“从低到高”和用户重要性“从低到高”的原则进行。从负荷性质的角度考虑，一般情况下，低频减载优先考虑切除农业、一般工商业等负荷占比高的控制分路，然后是居民负荷分路[3]。如果所切负荷量仍不能满足控制比例要求，最后再考虑涉及大中工业等重要用户的分路。其中，大工业用户具有连续平稳生产用电的特点，而农业、工商业和居民用电大都属于波动性负荷，白天用电相对多、夜间用电相对较少，是电网负荷峰谷差的主要来源。低频减载控制比例也呈现白天高、夜间低的特征，因此负荷水平的高低直接决定了低频减载控制能力的强弱。
3 分布式光伏对低频减载控制能力的影响分布式光伏作为影响全网负荷水平的一个因素，间接作用于低频减载控制能力。目前，分布式光伏大多通过380 V/220 V 线路并网，在白天发电期间相当于在35 kV/10 kV 分路上叠加了一个“逆向”负荷，在一定程度上降低了负荷水平，导致低频减载控制分路的实际负荷减少。若分布式光伏并网过于集中，则可能出现上一级的10 kV 控制分路向电网侧倒送有功功率的情况。此时，若电力系统发生严重故障、低频减载装置动作切除该分路，就相当于切除了部分电源，不仅不会阻止系统频率下降，反而会起到推波助澜的作用。
由于分布式光伏出力间接降低了并网线路的负荷水平，因而对低频减载控制能力带来一定影响。本文将以河北省保定地区为研究对象，探索分布式光伏对低频减载控制能力的影响。
保定，中国“电谷”和太阳能之城，其分布式新能源呈现发展快、渗透率高、典型性强的特点。2020 年底分布式新能源渗透率23.21%，位居国网地市级公司第三，预计十四五末将达到60%左右。其中分布式新能源渗透率，按如下公式计算：
笔者通过对保定及所辖曲阳、徐水两个县自2021 年1 月1 日以来低频减载所控线路的纯负载负荷、分布式光伏出力、平衡光伏出力后的线路负荷等数据进行统计分析，发现分布式光伏对低频减载控制能力的影响主要体现在以下两个方面。
1）时段性：分布式光伏出力与光照强度之间具有强相关性。白天，特别是午后时段光伏出力大，低频减载控制比例波动较大。夜间或光伏出力较低的时段，对低频减载控制比例无影响或影响不明显。如2021年4 月7 日12 时至14 时，曲阳区域就扑捉到了低频减载所控负荷性质“由荷向源”的转变，即某一时段内低频减载所控负荷实际为上送的分布式光伏出力，而非线路负载负荷。如图1 所示，右侧三条曲线自上而下分别为曲阳境内低频减载所控线路无光伏接入条件下的纯负载负荷曲线（蓝色），低频减载所控分路中分布式光伏出力曲线（紫色），低频减载所控分路叠加分布式光伏出力后的负荷曲线（粉色）。红色圆圈标注的即为低频减载控制负荷性质“由荷向源”的转变的时段。截至2021 年8 月31 日，“由荷向源”的特殊时段累计出现了19 d，主要集中在光照强烈，电网负荷较小的春季，其中4 月出现了13 d，占比68.4%。相同的研究周期内，另一试点徐水尚未发现低频减载所控负荷“由荷向源”的变化。
2）地域性：通过对曲阳和徐水两个区域的研究我们发现，曲阳在光伏大发，负荷相对较小的特殊时段出现了“由荷向源”的转变，而徐水尚未扑捉到这种现象。对比两区域的分布式光伏接入，截至2021 年8 月底，曲阳境内接入分布式光伏容量101.1 MW，分布式光伏渗透率达53.98%；徐水境内接入分布式光伏容量173 MW，分布式光伏渗透率达51.60%，两个试点的分布式光伏渗透率相当，但对低频减载控制能力的影响却是不同的，通过进一步分析，我们发现导致这种情况的出现和当地的负荷结构有很大关系。
曲阳地处山区，负荷以小工商业、居民、农业用电为主较小，大工业较少，整体负荷水平偏低。笔者通过对曲阳2015 年至2021 年期间的日负荷曲线进行分析发现，分布式光伏对日曲线有着显着的调整作用，特别是在光伏大发的4 月份。以2018 年的4 月为节点，在此之前曲阳日负荷曲线最低负荷均出现在凌晨4 时左右，中午12 时至14 时为日曲线的第二个低谷时段，如图2 所示。2018 年4 月，曲阳分布式光伏接入容量增加到23.4 MW，分布式光伏渗透率为19.12%，日负荷曲线中午低谷时段，被日益增长的光伏容量进一步拉低，几乎与日最低负荷持平。日负荷曲线出现了两个接近的低点，即凌晨4 时和中午时段，如图3 所示。随着分布式光伏容量的增长，中午低谷时段的负荷值因平衡光伏出力被进一步拉低，中午时段变成日负荷曲线的最低点，如图4 所示。
徐水主要为平原地区，区域内大工业较多且增长较快，负荷整体较大。徐水的日负荷曲线依旧延续着日最低负荷在凌晨4 时左右、中午短时的低谷时段的特点，如图5 所示。
低频减载所控负荷“由荷向源”的转变目前仅局限于个别区域的特殊时段。就整个保定地区而言，全年低频控制控制负荷比例最低为55%，完全符合上级低频减载整定方案要求，并留有一定裕度。目前，保定地区的日负荷曲线呈现同徐水相似的特点，如下页图6 所示。
4 结论和措施4.1 结论综合上述分析，得出以下结论：
1）分布式光伏通过降低低频减载控制线路的负荷水平，间接降低了低频减载控制能力。
2）低频减载实际控制能力最差的时段处于负荷水平最低的春季，并且是光伏大发、负荷相对较小的午后12 时至14 时时段。
3）当电网日曲线午后时段的负荷被光伏出力拉低为曲线的最低点时，低频减载所控负荷性质可能会出现“由荷向源”的转变。
4.2 措施目前保定地区低频减载控制能力总体合格，且留有一定的裕度，能够满足电力系统第三道防线的标准要求，在突发严重故障下能够起到应有的作用。随着分布式光伏装机的快速增长对低频减载控制能力的影响日益明显，提升低频减载控制能力，保障电网安全，需要做到以下几点：
1）制定低频减载方案时优先纳入不含分布式光伏或含分布式光伏较少的35 kV、10 kV 线路，确保在高峰、低谷时段低频减载对负荷的控制能力均满足方案的要求。
2）持续关注低频减载方案的执行效果，尤其是在负荷低谷时段。定期梳理分布式光伏并网导致的10 kV反送线路，及时对低频减载方案进行调整、修改。
3）采取措施提升光伏出力大发时段即中午12 时到14 时的负荷水平，如利用价格杠杆，政策优势鼓励用户在光伏大发的时段多生产、多用电，拉动电力需求，平衡分布式光伏出力。
4）双碳目标下，分布式光伏必然会普遍接入于各35 kV、10 kV 线路，建议低频减载设备厂家对装置进行升级改造。在动作逻辑中加入线路电流或功率方向的判据，满足频率动作条件时，对于功率上送线路，装置不出口动作切除，最大程度上实现低频减载切除量实际为电网负载负荷。
