并網光伏發電系統對吐魯番地區配電網影響的研究

胡仁祥，王曉斌，常喜強

(1.吐魯番電業局 新疆 吐魯番 838000;2.新疆電力公司，新疆 烏魯木齊 830002)

隨著世界能源危機和全球氣候變暖等問題的日益突出，發展可再生能源已成迫切需要，其中太陽能光伏發電是再生能源利用的重要形式之一［1］。目前人們對太陽能資源的利用非常重視，世界范圍內的太陽能光伏發電技術和光伏產業發展迅速，光伏發電已從解決邊遠地區和游牧家庭的用電等零星發電，過渡到規模化兆瓦級甚至百萬兆瓦級的光伏發電站，并且發展十分迅速。

從電網運行管理這個角度而言，光伏發電本身具有的特性異于常規發電方式(如火電、水電的可控性)，這對電網的運行管理，特別是電能質量、可靠性以及安全性等方面提出了更高的要求。現階段人們對光伏并網發電系統的特性(包括光伏發電系統自身、并網光伏發電系統對電網的影響以及電網對并網光伏發電系統的影響)認識還不夠。所以研究實際的并網光伏發電系統對電網的影響就變得非常有實際意義。

下面以新疆吐魯番地區20 MW光伏發電系統通過35 kV輸電線路接入配網，現并網發電4 MW。通過對實際運行的數據分析，并結合現階段的光伏并網發電的特點，分析光伏發電接入對該地區配電網的電網調度、無功電壓和繼電保護等方面的影響。

1 并網光伏電站情況

永盛光伏電站是吐魯番地區首座接入系統的光伏發電站，通過35 kV萄煤中電支線“T”在35 kV萄煤線上，再通過110 kV葡萄溝變電站與主系統聯網，接入系統示意圖如圖1所示。本期規模為20 MW，目前試并網的為4 MW。站內采用35 kV單母線，由20臺分列升壓變壓器分成4組升壓集至35 kV母線，35 kV母線接有一臺 SVG(－3.2～3.2Mvar)。

圖1 永盛光伏電站系統接線示意圖

2 光伏并網發電特點

永盛光伏并網發電系統由光伏組件、直流檢測配電箱、并網逆變器、計量裝置以及上網配電系統組成。自然界的太陽能照射在光伏組件上轉化為直流電能，再通過直流監測配電箱匯集至并網型逆變器，將光伏組件上轉化過來直流電在轉化為與接入電網同頻率、同相位的正弦波交流電。

光伏發電系統根據發電站容量不同，并網有兩種形式［1］:集中式并網和分散式并網。

集中式并網的特點是光伏發電站所發的電能通過高電壓等級輸電線全部直接送大電網，由大電網集中統一調度，與電網的電能交換是單向的(上網模式)。如圖2所示，特別適合于大中型光伏電站并網，如荒漠、戈壁光伏電站，離負荷中心點比較遠。新疆吐魯番七泉湖20 MW永盛光伏發電站和鄯善20 MW光伏發電站都是通過35 kV輸電線路并網。

圖2 光伏發電系統集中式并網

分散式并網的特點是單個光伏發電板所發的電能直接用于用戶的戶載上消耗，有多余的電能或電能不足時，再通過連接大電網下網電量，這與大電網在能量交換上是雙向的(可上、可下模式)。如圖3所示，特別適合于建筑式光伏發電系統。

圖3 光伏發電系統分散式并網

3 對地區電網的影響

3.1 對電壓的影響

由于文中的光伏發電站接入等級為35 kV的電網中，該等級電網多為輻射狀。在正常運行方式下，電壓沿輸電線潮流方向逐漸降低。而當接入光伏電站后，光伏發電使得輸電線的傳輸功率下降，使得輸電線上的負荷節點電壓被抬高，從而導致某些節點的電壓越上限，分析表明電壓上升的幅度與接入光伏電站的位置和總量的大小密切相關。

對于上述電壓越上限的問題，通常采取的措施是調節配電網中有載變壓器的分接頭、電壓調節器和投退電抗器等設備。然而合理設置光伏電站的運行方式對于配電網中的電壓調整也是至關重要的。如正午光伏發電出力最大時，線路若輕載，那么接入的電壓降明顯被抬高。此時接入點電壓將可能越上限，這時就必須合理的設置光伏電站的運行方式。比如規定光伏電站必須參與電網的調壓，吸收輸電線路中多余的無功功率。在線路重負荷期間，光伏電站必須多發無功，以改善線路的電壓質量。

光伏發電對電壓的影響還表現在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量、電壓波動和閃變等方面。光伏發電的出力受太陽的入射輻照度而變，可造成局部線路電壓波動和閃變，若與負荷的波動疊加在一起，又將帶來更大的電壓波動和閃變。如圖3、4、5所示為永盛光伏電站容量為4 MW的出力情況和對接入點電壓的影響。

圖4 聯絡線光伏電站側有功曲線(單位:kW)

圖5 聯絡線光伏電站側無功曲線(單位:kvar)

從圖3、4可以看出，永盛光伏電站在12:00—15:00有功出力最大，幾乎接近滿發狀態;同時光伏電站也能發出一部分無功功率，對電網電壓有一定的支撐能力。從圖5中可以看出電壓受出力的影響，不停的來回波動，最高電壓在37.74 kV，最低電壓在 36.67 kV，振幅達到1.07 kV。

圖6 接入點35 kV母線電壓曲線(單位:kV)

3.2 對繼電保護的影響

吐魯番電網中的配電網保護主要是斷路器的電流三段保護，主線路上裝設有自動重合閘，支路上為熔斷器。永盛光伏電站接入配電網的末端，改變了原有的單側電源和輻射型網絡，使其變成了雙斷網絡，從而改變了故障電流的方向、大小和持續時間。

圖7 光伏并網與配電網典型接線示意圖

如圖7所示，當線路AB段K1點發生短路故障，依據選擇性原則應由保護QF1動作切除故障。故障點K1的故障電流由系統電源和PV共同提供，此時的故障電流要大于PV接入前的故障電流，然后QF1感受到的故障電流僅由電源側提供，由于PV分流作用使得QF1感受到的故障電流減小，影響了保護QF1的靈敏性，若接入點PV的容量很大，保護QF1可能會拒動。當K2點故障，故障電流由系統電源和PV共同提供，由于PV的助增電流作用，使得保護QF2的靈敏性增加。

光伏電站自身的故障也會對并網系統的運行和保護產生影響。另外，當光伏系統抗孤島保護功能時間不能和自動重合閘裝置協調配合時，也會引起非同期合閘等危害。

當配電網故障時，光伏并網發電系統可能采取解列運行方式，但解列后重新接人電網的同期過程中，應盡量減少對配電網產生的沖擊，且應采取一定的控制策略和手段給予保證。

3.3 對調度運行的影響

光伏發電受光照變化的影響出力不受控制。永盛光伏發電站也不具有調度自動化功能，電網調度運行部門不能對其直接控制，所以不能參與電網電壓的調整和電網的調頻。這無疑會減少配電網中的可調度發電廠的容量，給配電網控制與調度運行帶來更大的難度。

3.4 對短期負荷預測的影響

現行的電網發電計劃，尤其是日負荷預測是當天上午預測第3天的負荷，主要依靠于對本地區電網負荷的準確預測。當光伏發電系統并網后，所發出的電能往往被當地的負荷消耗。由于光伏發電站的發電量受氣候影響，使得整個電網的負荷總量具有了更多的時變性和隨機性，從而給電網的發電計劃，尤其是日負荷預測的合理制定，帶來了較大的難度。

3.5 對電能計量的影響

在永盛光伏發電站接入配電網前，配電網中的潮流方向是單一的。并網后，配電網中個別區域內的潮流流向發生變化為雙向。所以將原有的電能計量裝置由單向表改為雙向計量裝置才能滿足要求。

4 結論

光伏作為新能源發電的一種形式，越來越受到人們的青睞，其發展的步伐不可阻擋。然而大量的光伏并網發電運行，對傳統的輸配電網的安全穩定運行帶來了新的挑戰。

根據實際的永盛光伏電站運行數據的分析，指出光伏電站對配電網電壓、短路電流、電網調度和日負荷預測等方面的影響。因此，有必要深入研究并網發電對配電網的影響，使接入光伏的配電網能夠更加安全、穩定和經濟的運行。

［1］王廠貴.并網光伏發電系統綜述(上)［J］.太陽能，2008(2):14－17.

［2］方廷，韓郁，張嵐.一種多逆變器太陽能光伏并網發電系統的組群控制方法［J］.電網與清潔能源，2009，25(7):57－60.

［3］馬勝紅，陸虎俞.太陽能光伏發電技術儲能蓄電池［J］.大眾用電，2006(4):40 －43.

［4］趙春江，楊金煥，陳中華，等.太陽能光伏發電應用的現狀及發展［J］.節能技術，2007，25(5):461 －465.