光伏發電并網對東莞電網的影響及對策研究

摘 要：主要介紹東莞電網光伏發電并網現狀，光伏發電系統并網的形式及運行特點，研究光伏發電并網對東莞電網的影響，并對光伏發電并網運行對電網帶來的風險進行評價，提出相應建議。

關鍵詞：光伏發電；微電網；孤島效應；最大功率跟蹤

引言

太陽能是可再生資源，它資源豐富，即可免費使用，又無需運輸，對環境沒有污染，光伏發電是對太陽能的一種有效利用形式，為人類創造了一種新的生活形態[1]，我國出臺了大量扶持政策促進光伏發電產業。將光伏發電系統接入到大電網并網運行，與大電網互為支撐，是提高光伏發電規模的重要技術出路[2]。面臨大量光伏發電設備并網大電網運行的需求，除了在經濟政策和法規方面需進一步完善外，在技術層面能否解決好光伏發電系統接入大電網后兩部分均能安全高效運行這一重大問題，也是決定光伏發電能夠大規模進行商業應用的關鍵。

1 東莞光伏發電并網的現狀

近年來，隨著東莞產業結構的轉型升級，大批先進制造業企業進入東莞，加上東莞市政府出臺了一系列光伏產業扶持政策，東莞光伏發電有了長足的發展。截至2012年10月份，已經并網及將要并網的光伏發電裝機容量超過14MW。

2 光伏發電的特點及分類

2.1 光伏發電的特點

通常光伏系統由光伏電池方陣、蓄電池、控制器、直流監測匯流器、逆變器和交流配電柜等設備組成，光伏電池方陣負通過“光生伏特效應”將太陽能轉換成電能，逆變器將直流電轉換成工頻交流電。

與傳統發電方式相比較，光伏發電的特點有：（1）受光照、溫度等因素的影響，輸出功率變化較快[3]；輸入側的一次能源功率不能主動在技術范圍內進行調控，只能被動跟蹤當時光照條件下的最大功率點；（2）光伏電池方陣輸出的電能為直流電，不能直接介入公網，必須通過逆變器轉換成工頻交流電。

2.2 光伏發電的并網形式

光伏發電系統并網的基本必要條件是，逆變器輸出之正弦波電流的頻率和相位與電網電壓的頻率和相位相同，目前光伏發電主要有發電側并網和用戶側并網兩種形式。

發電側并網是指光伏電站所產生的電能通過升壓變電站、中高壓輸電線路直接輸送至公用電網，再由通過配電網統一調配給用戶。發電側并網適用于大型光伏電站并網，通常離負荷點比較遠，荒漠光伏電站采用這種方式并網。

用戶側并網光伏電站是所發的電能直接就地分配給用戶使用，電力盈缺部分通過大電網來調節，與大電網之間的電力交換可能是雙向的，用戶側并網適于小規模用戶自備光伏電站，通常城區光伏發電系統采用這種方式，特別是與建筑結合的光伏系統。側并網又分為可逆流系統及不可逆流系統兩種。可逆流系統一般適用于小型分布式并網系統或自發自用的場合，多余或不足的電力通過電網調節；不可逆流系統所產生的電能只能用于自用，不能上網，該系統具有并網但不上網的特點。

3 光伏發電并網對東莞電網的影響

光伏發電的運行特性與傳統發電廠具有很大的差異，其大規模并網必將給東莞電網帶來深刻的影響。

3.1 對電網調度運行的影響

光伏電站出力隨機性強，運行控制困難：光伏電站出力收光照的影響具有明顯的波動性和隨機性，當光伏發電并網達到一定規模后，輻照強度短期波動和周期性變化將引起線路電壓、潮流超限，斷面交換功率的控制難度加大。因光伏電站自身無旋轉慣性環節，有功功率階躍性變化，使電網短期負荷預測準確性降低，增加了傳統發電和運行計劃的難度，需要增加電網的旋轉備用容量來保證電網穩定運行。

3.2 對電網安全及電能質量的影響

已經并網的光伏電站與主網非計劃解列可能帶來孤島運行問題。孤島效應使電壓及頻率失去控制，孤島系統中的電壓和頻率將發生較大的波動，對電網和用戶設備造成損害。孤島效應可能導致故障不能清除，干擾電網正常供電系統的恢復，使得一些被認為已經與所有電源斷開的線路帶電，給線路維護人員帶來點擊的危險。與電網非計劃解列的光伏電站重新并網時，存在非同期合閘，損壞斷路器的危險。

3.3 光伏發電并網對配電線路保護的影響

東莞低壓配電網為單電源放射狀結構，采用三段式電流保護，不具備方向性。這種保護方式在現有的輻射型配電網上，能夠有效地保護全部線路。但是，在配電網中接入分布式電源后，其注入功率會使繼電保護范圍縮小，不能可靠地保護整體線路，甚至在其他并聯分支故障時，引起保護誤動作。

3.4 電力電子器件帶來的電能質量問題

光伏發電系統中的逆變器采用高頻開關電子器件，易產生諧波。光伏電池陣列輸出的功率與環境因素密切相關，光伏電池的伏-安特性呈非線性，需要MPPT（最大功率點跟蹤）控制器找到光伏陣列在確定日照和溫度條件下輸出最大功率時對應的工作電壓，以適應環境的變化，輸出功率不確定性易造成電網電壓波動、閃變。

3.5 光伏發電并網使運行監測的范圍大大延伸

電網調度運行必須隨時關注發電系統的運行工況，大量光伏發電系統通過中低壓配電網接入，使電網運行實時監測的范圍需要有很大延伸；光伏發電作為新的發電模式，實時監測的信息類型與傳統發電模式有所區別，必須對原有的電網監測系統進行擴展、升級。

3.6 光伏并網發電對配電網的規劃提出了新的要求

當光伏發電系統接入配電網后，配電網將由原來單一電能分配的角色轉變為集電能收集、電能傳輸和電能分配于一體的新型電力交換系統，使傳統的電力需求預測模型不再使用。在配電網的規劃設計中，需要考慮光伏電站并網的數量、規模，驗證各區域光伏電站并網的合適容量，考慮在極短情況下電網是否有足夠的備用容量保持電網的穩定。

4 對策

光伏發電大規模并網運行必將稱為東莞電網未來的發展趨勢，在研究光伏發電并網對東莞電網影響的條件下，必須提前在技術層面提出應對光伏發電并網的對策[4]。

4.1 研究光伏并網發電的運行控制理論與技術

建立精確的光伏發電的動態模型，是對光伏發電運行特性研究的前提。通過研究光伏電池的輸出特性，建立融合天氣數據的動態模型，分析不同運行條件下光伏發電的運行規律，提高光伏發電功率預測的準確性，研究針對光伏發電特點的電網運行控制理論，為在不確定性因素較多的情況下制定切實可行的發電和運行計劃提供保障。

4.2 研發支撐光伏發電并網的監測、保護與控制裝備

4.2.1 研究光伏發電對配電網中短路電流大小、流向及分布的影響，以及含光伏電源的配電網保護與控制技術，以保證故障的快速、可靠切除[5]。

4.2.2 光伏發電存在較大的不確定性，呈階躍性變化，諧波污染可能給所接入系統的用戶帶來電能質量問題，需要研究新型的電能質量綜合監控技術及提高電能質量的新星裝備。

4.2.3 光伏發電并網使配電系統的實時監控趨于復雜化，電網運行需要監測的信息類型和范圍增加，需要研發新型的配電網監控系統。

4.3 健全光伏發電接入公共電網的技術標準與規范

為了保障電網的安全穩定，引導光伏發電有序地接入大電網，必須在國家現有的技術標準及法規框架下根據東莞電網自身的提點，健全光伏發電接入公共電網的技術標準與規范。

4.4 研究與應用新型配電系統的規劃理論與方法

建立適應光伏發電大規模并網電力需求預測模型，研究光伏發電電源的優化配置，包括選址和容量，研究光伏發電輸出控制方式、接入位置和并網方式，研究其對電網諧波和電壓波動與閃變的影響等，從規劃層面保證配電網經濟性、安全性、環保性和電能質量的綜合優化。

5 結束語

5.1 隨著國家對光伏產業的支持力度進一步加大，光伏發電并網將迎來高峰期，大規模的光伏發電并網對東莞電網的影響與風險評價工作將全面展開。

5.2 針對光伏發電并網對東莞電網的影響，必須盡快開展相關領域的研究工作，研究制定并網技術標準，運行規程，保障電網的穩定運行。

5.3 在光伏并網發電的技術標準、法律法規還不完善的情況下，東莞供電局對并入東莞電網的光伏電站采取“用戶側并網，自發自用”，“只監視、不調度”的原則，光伏發電項目在設計階段需要考慮光伏電站的容量占峰值負荷的比例，防止電能向公共電網倒送。

參考文獻

[1]王長貴，王斯成.太陽能光伏發電實用技術（第二版）[M].北京：化工工業出版社.2009，9：3-6.

[2]催容強，趙春江，吳達成.并網型太陽能光伏發電系統[M].北京：化學工業出版社.2007，7：10-12

[3]徐鵬威，劉飛，劉邦銀.等.幾種光伏系統MPPT方法的分析比較及改進[J].電力電子技術，2007，41（9）：12-14.

[4]李碧君，方勇杰，楊衛東.等.光伏發電并網大電網面臨的問題與對策[J].電網與清潔能源，2010，26（4）：52-58.

[5]王成山，王守相.分布式發電功能系統若干問題研究[J].電力系統自動化，2008，32（20）：1-4，31.