研究背景

光伏發電具有清潔環保、技術可靠和收益穩定等特點，因此在貧困地區推進光伏扶貧項目，既符合精準扶貧方略，又符合國家新能源發展戰略要求。到2020 年，國家將推動280萬無勞動能力貧困戶參與光伏扶貧工程，扶貧光伏裝機容量約占光伏總裝機容量的20%。

光伏扶貧實施以來，已然成為精準扶貧的有效手段和產業扶貧的重要方式；分布式發電市場化政策的出臺，將會更進一步增強貧困地區內生產發展活力和動力。與此同時，扶貧光伏的井噴式發展也給貧困地區的電網造成了巨大負擔。

考慮到扶貧地區配電網相對薄弱，負荷容量不足且未形成與光伏出力的動態匹配等因素，大量扶貧光伏的無序接入導致了電壓越限、網損攀升和消納難度大等多方面問題，影響了扶貧地區電網的運行效率和整體收益，部分地區甚至出現無法保證貧困戶最低收益情況。因此，如何保證扶貧光伏的友好接入成為貧困地區配電網亟需解決的問題。

研究扶貧光伏的接入首先需要理清兩個問題：

①扶貧光伏接入涉及的兩類利益主體——扶貧地區村集體和電網公司。根據國家發改委及能源局公布的相關政策，扶貧光伏電站是由政府提供貼息貸款，依據扶貧對象數量確定建設規模，最終確權給村集體的公共財產。另一方面，國家鼓勵企業積極履行社會責任，在普通光伏電站開發建設中以市場化收益支持扶貧事業。

因此，在扶貧光伏的接入中，村集體作為獨立利益主體，既可以在國家政策允許范圍內建設扶貧光伏，也可以募集資金建設普通光伏。電網公司在扶貧光伏的接入中則需承擔光伏電站接網及配套電網的投資和建設工作，在確保電網安全運行的前提下保證扶貧光伏的優先調度與全額消納。

②扶貧光伏接入涉及的收益模式。以不同典型交易模式為特征的分布式發電市場化是國家推出的進一步深化電力體制改革的重要舉措，光伏電站針對交易模式的選擇不僅會影響自身收益，也會對電網運行效率及收益產生影響。

目前，在現場施行方面，扶貧光伏電站接入一般是由電網公司根據光伏投建規模以及鄰近變壓器容量確定接入單個變壓器，接入方案并不涉及供電線路的整體優化和村集體收益最優分析。當光伏安裝容量達到一定規模時，該種無序接入的方案進一步加劇了電網運行風險，降低了項目整體收益。

在學術研究方面，光伏的接入規劃已有較多研究，但在光伏扶貧的適用性上存在著以下較大問題：

• ①扶貧光伏基本建設在貧困地區，電網網架結構較為薄弱，部分地區甚至存在“一鄉一變，一村一線”的現象。文獻研究中提出的對網架結構的擴展規劃、動態重構和光儲一體化配置等改造目標，扶貧地區電網短時間內難以達到，且存在著巨額改造成本；
• ②扶貧光伏接入配電網在實際工程中需要遵守一系列政策規范，但文獻研究中大多只考慮電網接入的物理約束，對實際工程操作的可借鑒意義不大；
• ③扶貧光伏的接入中除電網公司外，還涉及扶貧地區村集體等多利益主體，分布式發電市場化的不同典型交易模式更是會對各主體間的利益關系產生不同影響，文獻研究中對此也甚少涉足。

論文方法及創新點

根據國家相關政策，扶貧地區村集體既可以在政策允許范圍內建設扶貧光伏，也可以募集資金建設普通光伏。考慮到光伏出力特性受到天氣特性和時空特性的影響以及農村負荷所具有的飯峰負荷、農忙負荷、過年負荷等特征，本文采取多類型典型日的方法，建立扶貧光伏布點定容雙層優化模型。模型結構如圖1 所示。本文模型中涉及的功率單位均為MW，電量單位均為MW.h。

圖1 模型結構

本文使用凸松弛技術和KKT條件轉換進行求解。求解結果表明，采用布點定容優化模型的接入方案在提高扶貧村落經濟收益、減少電網公司經濟損失的同時還有效提升了電網運行水平，更大程度地接納了光伏投建量，達到了“一舉多贏”的效果。

結論

本文針對大量扶貧光伏無序接入貧困地區薄弱配電網的問題，建立了扶貧光伏布點定容雙層優化模型；采用KKT條件轉換方法將雙層規劃模型轉換為單層模型，利用凸松弛技術實現非凸模型的近似求解，得到了如下結論：

• 1）在電網公司不同決策目標下，電網運行水平和扶貧光伏整體收益存在較大差異性。相較于經濟運行和光伏發電削減量目標，以電網損耗最小為目標決策扶貧光伏的接入模式具有更大的優勢，其不僅可以提高電網運行水平，更可以使扶貧村落取得更大收益。
• 2）本文所提出的扶貧光伏布點定容雙層優化接入方案相較于傳統接入方案，不僅可以提高扶貧村落經濟收益、減少電網公司經濟損失，還能夠有效降低電網運行風險、提高光伏接納規模，實現“一舉多贏”的目標。

引用本文

張迪, 苗世洪, 趙健, 涂青宇, 劉昊. 分布式發電市場化環境下扶貧光伏布點定容雙層優化模型研究[J]. 電工技術學報, 2019, 34(10): 1999-2010. Zhang Di, Miao Shihong, Zhao Jian, Tu Qingyu, Liu Hao. A Bi-Level Locating and Sizing Optimal Model for Poverty Alleviation PVs Considering the Marketization Environment of Distributed Generation. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 1999-2010.

團隊介紹

張迪

1992年生，博士研究生，研究方向為分布式電源并網規劃。

苗世洪

博士，教授，博士生導師。湖北省電機工程學會理事、自動化與計算機應用專業委員會主任委員，中國能源研究會儲能標準化技術委員會壓縮空氣儲能分委會委員，《IEEE Transactions on Power Delivery》、《IET Generation， Transformation & Distribution》、《中國電機工程學報》、《電工技術學報》、《電力系統自動化》等雜志審稿專家，長期從事電力系統繼電保護及自動化、配電網與微網新技術、壓縮空氣儲能建模及應用，電力系統智能調度與自動化等方面的教學、研究與裝備研發工作，已發表學術論文130余篇(其中EI論文84篇，SCI論文23篇)。近年來主持國家重點研發計劃課題1項，主持國家自然科學研究基金3項，還主持或參與了多項國家973計劃項目、863計劃項目和國家電網公司總部科技項目等。