摘要：分布式光伏在低压配电网中渗透率迅速提高，出力的随机性、波动性给配电网安全运行带来很大挑战，线路、设备电流越限成为主要的技术瓶颈。电流越限既危及电气设备的安全，又造成电能质量问题，还会引发保护误动，影响光伏消纳能力。本文针对这一问题，从分布式光伏接入引起电流越限问题的机理以及关键影响因素入手，进而建立起风险评价模型，对运行风险进行量化。在基础之上来提出多层次协同的主动预防对策体系。该体系包含依靠光伏逆变器自身调节能力的本地化快速控制，依靠区域信息交互的分布式协调优化控制，以及融合配电网管理系统全局信息的集中 - 分布混合优化框架。采用多种策略相互配合的方式，在保证配电网安全运行的基础上，可以最大限度地提高光伏发电的消纳水平，给高比例光伏接入低压配电网的优化运行提供理论依据和实践路径。

关键词：分布式光伏；低压配电网；电流越限；主动防控

一、引言

能源结构转型以及“双碳”目标持续推进之下，分布式光伏发电开始步入规模化发展新阶段。低压配电网作为连接分布式电源和用户的最后一公里，正在由单一的电能分配网络向复杂功率流动的有源网络转变 [1]。分布式光伏由于具有清洁、灵活、就近消纳等优势，在低压配电网中得到了广泛应用。

光伏发电有明显的间歇性、波动性、不确定性。在光照资源充沛的时 ，高渗透率的分布式光伏大量接入，会造成低压配电网中潮流方向发生根本性逆 1车 潮流，变为用户端向电网反向送电的多向潮流。潮流的逆转和激增，很容易造成电网局部线路或者变压器等设备电流超过其安全载流量，即产生电流越限问题 [2]。

电流越限问题给低压配电网的安全、可靠、经济运行造成直接的威胁。长期或者严重过电流会造成线路、设备绝缘老化，缩短其使用寿命，甚至造成设备过热损坏，产生火灾隐患。电流越限还会造成电网节点电压越限、三相不平衡加剧、谐波含量增加等电能质量问题。更严重的是它会引发电网原有的继电保护装置配置和保护定值复杂化，同时造成继电保护的误动或者拒动，破坏供电可靠性。另外，为了防止电流越限，电网运营商有时不得不采取限制光伏出力的措施，造成清洁能源的浪费，制约了光伏的发展。

因此，对分布式光伏接入低压配电网 流越限问题进行深入研究，并建立一套行之有效的主动预防和控制策略体系，具有十分重要的理论价值和现实 紧迫性。这是保证配电网安全稳定运行的技术基础，也是提高分布式光伏消纳能力、推进能源清洁低碳转型的关键环节。本文主要对电流越限问题成因及风险进行系统分析，并研究从本地到全局的多层次协同防控方法，为实际工程应用提供参考。

二、分布式光伏接入下低压配电网电流越限问题分析

2.1 电流越限问题的产生机理与影响因素

分布式光伏接入低压配电网所引起的电流 ，其根本原因就是光伏发电的随机出力特性和电网原有的规划、设计以及运行方式之间不相匹配。传统的 ，线路 面、变压器容量、保护定值等主要依据历史最大负荷和负荷增长预测来确定，潮流方向单 且比较稳定 。当大量分布式光伏接入电网之后，电网的运行状态就发生了深刻的变化。

在晴朗的白天，尤其是负荷较小而光伏出力大的时段，光伏发电功率在本地无法被完全消纳，多余的功率会经由低压线路向上级电网反送。反向 流叠加在一起，很容易造成配电线路中某些区段的电流值超过其额定载流量。对于配电变压器 光伏集中接入后，在反向功率传输时也会使它承受较大的过电流。电流越限一般最先出现在光伏并网点上游的公共连接点、主干线路和配电变压器出口侧。

影响电流越限问题严重程度的关键因素很多。首要的因素是光伏的渗透率与空间分布，渗透率越大，集中接入的程度就越高，局部电流激增的风险就越大。光伏出力的时序特性，即光伏出力随时间而变化，在一天中，一年中的变化规律决定了过电流发生的时间段以及持续时间。电网侧因素同样不可忽视，有配电网的拓扑结构强度、线路参数和载流能力、配电变压器的额定容量、本地负荷水平和特性。本地负荷和光伏出力在时间上是否匹配，对于避免电流越限风险来说非常重要，如果两者出现明显的反相关性，即负荷低谷时光伏出力高峰，那么电流越限的风险就会增大很多。另外电网的运行控制方式，如有载调压变压器分接头设置、无功补偿装置投切策略等，也会通过改变潮流分布来间接影响电流水平。

2.2 电流越限风险评估与量化分析

为了有效地防止电流越限，就必须对风险进行科学的评价和量化分析。这是找出薄弱环节的前提，也是改进防控措施、评判其成效的基础。风险评估的关键之处在于，当光伏出力和负荷都是不确定的时候，可以正确地算出电网中各个重要元件电流越限的概率、严重程度以及持续时间。

风险评估要先建立详细的低压配 含网络拓扑 种低压配电网台区拓扑结构及部署方法与流程如下图 1 所示）、线路阻抗参数、 白 位置。第 ，要创建光伏出力和负荷的概率模型，光伏出力模型要综合考虑地理位置 度等许多因素，一般用历史数据的时序模拟或者概率分布来描述其随机性、相关性。负荷模型要体现不同种类用户的用电规律以及不确定因素。

图1 一种低压配电网台区拓扑结构及部署方法与流程图

根据分布式光伏负荷模型可以采用概率潮流计算、时序仿真或者蒙特卡洛模拟等方法进行风险量化分析。通过这些分析可以得到线路和变压器过载概率、期望过载电流倍数、年累计过载时间、最严重过载情景等风险指标，可以反映电流越限风险的时空分布特性。

过载概率可以找到电网中 反映出过载的严重程度，为设备的安全校核提供依据。年累计过 经过风险评价之后，就可达成从定性认识向定量把握的转变，从 予精确的数据支撑。风险评估同时又是一个动态的过程，在光伏新增接入或者电网结构发 变的时候，需要重新进行风险评估来更新风险地图。

三、面向电流越限防控的主动运行策略研究

被动地依靠电网升级改造来解决电流越限问题，一般投资大、周期长。因此挖掘电网的潜力，利用主动运行的方式来调节潮流，比之其他方式来说更为经济有效。本节分析了一个从本地、区域、全局三个层次上建立协同主动防控策略体系策略。

3.1 考虑光伏主动调控的本地化防控策略

本地化防控策略主要依靠光伏逆变器自身的快速调节能力，不需要或者只需要很少的外部通信，响应速度快，是实现电流越限的第一道防线的重要技术。核心思想就是实时监测关键点的电气量，在越限风险出现的时候自动调节光伏系统的出力。

最直接的控制方式就是恒电压控 因数 光伏 的无功功率可以影响并网点电压，间接调节潮流分布，但是对电流影 率运行，定功率控制方式下，将光伏输出限制在预设的安全值以下，以及 而达到控制分布式光伏站本地运行电流在安全值以下。

电流实时监测控制。安装电流传感器，对配电变压器低压侧出线总电流或者关键分支线路电流进行实时监测，当监测电流接近整定值时，控制器给光伏逆变器发出指令，按照预设的斜率或者比例减小光伏逆变器的有功出力，使电流恢复到安全范围。该策略容易实现，成本低，适合光伏渗透率较高，容易实现光伏厂站配电变压器的运行电流过载、越限控制。但是单纯本地控制属于自治模式，缺少协同，容易产生调控冲突或者过度调控的问题，即不同的光伏单元为了应对同一个过载点而竞相削减出力，造成光伏消纳量不必要的损失。

除了上述对电流越限的本地化自治防控，在配电侧或者电站级上，自动电压控制（AVC）属于一种更高级的源荷协同自动控制策略，自动电压控制策略（AVC）可同步实时实现网络端电压控制、电源端电压控制、电源端无功功率控制，同时达到限制电源端电流过载。

正常情况下，AVC 自动电压控制方式分为手动和自动方式，在系统电压正常时AVC 投入遥控方式，AVC 电压设定由系统电压自动设定，当 AVC 信号异常时 AVC 自动切换至手动，AVC 手动和自动方式运行下，调节范围设定在光伏站无功上下限之间，越限分别发 和“ VC 自动电压调节停止光伏站无功调节指令输出，从而抑制电源端无功、电压、电流越限，光伏站 AVC 调节可选择“全站目标电压设定”和“全站目标无功设定”两种调节模式，最终满足系统电压或无功负荷要求，同时通过光伏厂站电流实时监测，自动控制光伏逆变器出力，保证光伏站安全。

AVC 电压调节逻辑图如下：

图2 AVC 电压调节逻辑图

其逻辑是，系统连续检测 A C 指令 入遥控模式，由系统自动给定光伏厂站电压设定值； 、输出无功目标值。无论采用手动还是自动 先设定的站内无功上下限进行比较， 令时当前无功已低于下限，则发“ 闭锁 又确保光伏厂站侧功率、电流在安全范围 两种调节方式，以满足不同的运行 寺 定运行。AVC 属于集中式优化控制， 可以同本地化防控策 撑和安全防御体系

3.2 基于区域协调的优化控制策略

为了克服本地化策略的不足，基于区域协调的优化控制策略就产生了。对于含有多个分布式光伏单元的局部区域，依靠有限的信息交互来协调各个光伏单元的出力，从而达到更加经济、智能的消除电流越限目的，同时尽量减少总的功率削减量。

种典型的方法就是使用分布式优化算法，例如交替方向乘子法或者一致性算法。在这个框架下，区域内各个光伏单元或者本地控制器作为智能代 相邻的代理进行信息交换来共同求解一个区域优化问题。该优化问题的目标一般是保证各条线路的 过允许范围，同时使区域光伏总发电量达到最大，或者使总削减功率成本最小[6]。约束条件有电网潮流方程、线路电流安全约束、光伏单元出力的上下限。

每个代理只需要本地的信息以及邻 算得到全局最优或者次优的功率分配方案。当某条线路出现过载风险的时候，协 部削减任务，而是按照各个光伏的发电成本、削减代价或者地理位置，根 光伏单 间进行合理的分配。该策略保留了分布式决策快速性优点的同时，也大大提高了控制的经济性、公平性，是目前的研究热点和应用热点。

3.3 与配电网管理系统协同的全局优化框架

对于范围更大、层次更高的低压配电网，尤其是与上级电网联系紧密的场合，就要创建起与配电网管理系统相配合的全局优化架构。该框架可以实现全网资源的优化配置、多目标协同，是主动防控体系的大脑。

配电网管理系统（DMS）拥有全网 和超短期负荷预测模型，可以比较准确地预知未来几 析能力。DMS 周期性地或者预判到风险的时候进行 给优化计算提供了一个未来时段的基准运行场景，使 应光伏出力和负荷的周期性、波动性的变化。优化目标更加 成本最小化、可再生能源消纳最大化等。约束条件有线路电流限值、 值等所有的安全运行约束。

DMS 计算出最优潮流的结果之后，把未来时段的最优运行点分解成对各个可控资源的具体控制指令。这些指令不仅可以下发给分布式光伏逆变器，还可以下发给电网中的其他柔性可控资源，即储能系统、可调负荷、无功补偿装置等。DMS 根据预测模型可以预见午间会有光伏大发而负荷相对较低的情况出现，提前指挥储能系统充电来吸收多余功率，适当减少部分光伏出力，优化可调节负荷的用电时间，从而达到多资源协同消纳光伏、平抑潮流的目的，预测到傍晚负荷高峰而光伏发电不能工作的时候，提前安排储能放电来支撑负荷、减小上游线路电流。

全局优化框架把集中优化和分布式执行结合在一起。DMS 根据全景信息和预测数据来制定全局的、前瞻性的优化策略，各个本地控制器执行快速的执行并进行反馈。上下级系统协同运行，从系统整体最优的角度出发，对所有的资源进行统筹调配，最大程度地提高电网的承载能力以及运行经济性，是未来主动配电网运行的主要形式。

四、结论

分布式光伏高比例接入是低压配电网发展的必然趋势，由此产生的电流越限问题已经成为制约低压配电网安全行、光伏高效消纳的关键问题。本文针对这个问题做了系统的研究。

首先从电流越限问题产生的根本原因入手，指出光伏电能随机波动性同传统无源配电网静态规划之间固有的矛盾，梳理出光伏渗透率、时空分布、负荷特性、电网结构等多重影响因素，在此基础上，提出了开展概率风险评估和量化分析的必要性，它是进行精准防控的科学依据。

本文构建出一个层次分明、互相配合的主动运行策略体系。本地化防控策略依靠逆变器自身调节，反应迅速，属于基本性的保障措施。以区域协调为依据的优化控制策略，依 来达到局部资源的经济协调，提高了控制效率。与配电网管理系统协同的全局优化框架，是从系统全局最优的角度来统筹全网的多种柔性资源，实现安全、经济、高效的多目标运行，属于技术发展前沿。

研究表明，单一的方法很难应对复杂 有效的解决办 定是多种策略的融合与协同。本地控制是第一道防线，它能够对 对局部问题进行精细化调控，而 DMS 全局优化就是顶层决 数字技术的发展，集高精度预测、实时监测、快速通信、智能算法 样的主动防控体系，在保证低压配电网本质安全的基础上，可以充分 撑新型电力系统和能源转型目标的实现。

参考文献

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