分布式光伏電站并網的工程應用思路探討

摘要：隨著光伏發電技術的持續發展，帶動光伏電池效率的穩定提升，同步使得光伏電站無論是從建設速度還是建設規模的角度上來說均取得了突飛猛進的進步。隨著光伏電站的持續發展，為解決能源緊張問題與電力供應需求增大問題之間的矛盾就需要以分布式光伏電站并網運行為核心構建基于分布式光伏電站的并網運行工程。根據這一實際情況，立足于分布式光伏電站并網工程的應用，就并網工程建設、運行期間所涉及到的關鍵問題進行詳細分析與探討。

關鍵詞：分布式光伏電站；并網；應用

中圖分類號：TM62 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0222-02

在能源緊張問題日益嚴峻的形勢下，太陽能所表現出的可再生優勢以及清潔優勢均是極為突出的。我國當前太陽能資源的占有量極為豐富（據相關統計資料數據顯示，我國全國范圍內年度太陽光輻射總量最高值達到了2300kW·h/m2單位以上，理論總儲量可達到147.0×1018GW·h/a）。根據該數據，可以肯定的是，我國具有發展光伏發電產業的環境基礎。自20世紀70年代以來，我國開始展開光伏發電相關問題的研究，90年代后開始進入穩步發展的階段，無論是從太陽能電池還是從太陽能組件的角度上來說，其產量與技術性能均呈現出持續提升與發展的趨勢。近年來，隨著我國政府相關部門對于新能源產業發展的支持力度持續提升，使得光伏產業的發展具有了積極的政策支持。而本文所研究的基于分布式光伏電站并網工程可以說是通過太陽能實現對電力系統支持功能的關鍵所在。現針對該工程應用的重點問題展開詳細分析與探討。

一、孤島問題

光伏電站的核心在于：建立在分布式電源的基礎之上，以并網逆變器裝置為載體，實現并網運行。從這一角度上來說，為保障并網運行下的安全性與可靠性，需要面向整個分布式光伏電站并網工程提供防孤島效應保護。[1]

在電力系統運行過程中，孤島效應主要是指：受到電網運行系統失壓因素的影響，光伏系統仍然能夠相對處于失壓狀態下，電網一部分線路的持續供電作業。換句話說，從電力公司供電作業的角度上來說，受到大電網停電等一類故障檢修因素影響，出現跳閘事故，處于并網運行下的整個分布式光伏電站工程系統未能夠及時檢測停電狀態，基于安全考量，將自身與供電網絡整體相互切斷，從而導致自身無論是相對于并網發電系統，還是相對于當地負載系統而言均無法對其供電行為進行控制，即形成所謂的“孤島”。

在分布式光伏電站并網工程建設及運行期間產生孤島效應下可能誘發的后果相對嚴重，主要涉及到以下幾個方面的問題：其一，并網工程孤島效應的產生使得電網長期性地持續負載運行狀態下，可能對周邊人員的人身安全產生不良影響（主要是指孤島單位下自給供電系統帶電運行的安全性隱患）；其二，并網工程孤島效應的產生缺乏大電網運行系統提供環境支持，而對于以孤島為單位的自給供電系統而言，由于其供電電壓與供電頻率頻繁失穩，最終致使用電設備的安全性無從保障；其三，在電網系統恢復正常運行狀態的情況下，既有光伏供電系統重新并網將導致相位不同步，從而致使電流沖擊問題表現更加突出；其四，并網工程孤島效應的產生及其發展意味著孤島脫離了電力管理部門的監督管理，致使其處于失控狀態，且潛在較大的安全隱患問題。[2]

在對該問題進行處理的過程中，分布式光伏電站并網工程防孤島效應的保護模式可以從主動式以及被動式兩個角度入手。其中，前者主要表現為四種方案：頻率偏離保護模式；有功功率變動保護模式；無功功率變動保護模式；電流脈沖注入引發阻抗變動保護模式。其共同點均在于：以檢測為手段對并網工程逆變器輸出功率進行干擾。后者則主要表現為三種方案：電壓相位跳動保護模式；3次電壓諧波變動保護模式；頻率變化率保護模式。其共同點均在于：在不對輸出特性造成影響的前提下達到對輸出狀態加以檢測與保護的目的。

以上兩種防孤島效應保護模式均具有各自獨特的優勢，因此，建議對于分布式光伏電站并網工程而言，光伏系統至少需要滿足——主動保護模式配合——被動保護模式的綜合保護方案。在電網發生失壓問題的情況下，需要確保主動、被動保護模式均能夠在2.0s內加以動作，及時斷開與電網連接，確保大電網運行的安全可靠。[3]

二、諧波問題

在分布式光伏電站并網工程的運行期間，逆變器的運行需要建立在大量電力電子元件的支持之上完成。從并網工程運行的角度上來說，在以逆變器為載體、實現直流至交流轉換的全過程當中，諧波的產生是在所難免的問題之一。因此，并網工程交流電所對應電能質量在很大程度上會受到并網工程所選擇逆變器裝置質量的影響。結合并網工程的實踐運行經驗來看，光伏并網電站諧波電壓以及諧波電流的允許取值水平主要受到以下幾個方面因素的影響：配電系統運行特性、配電系統供電類型、配電系統所對應負載設備運行模式、供電網絡現行標準。

對于本文所研究的基于分布式光伏電站的并網工程而言，在對系統諧波問題進行分析的過程中需要嚴格遵循現行《光伏發電站接入電力系統技術規定》中的相關要求與規范加以落實。具體標準為：在分布式光伏電站并網運行過程中需要以該標準為基礎，對光伏發電站面向各個公共連接點所對應注入的諧波電流數值加以限制。同時，對于諧波限制數值的特殊性要求還體現在：對于面向公共連接點所連接的偶次諧波而言，其限制標準應當具體在（25%*奇次諧波）的范圍之內。[4]從供電企業的角度上來說，在整個分布式光伏電站并網工程投入運行后需要定期對相關電網諧波數據進行測試，從而保障電壓質量的可靠。具體而言，諧波類型、諧波次數以及電流畸變數值之間的對應關系如表1所示。

三、短路比問題

對于基于分布式光伏電站的并網工程而言，在整個并網工程的運行過程中并網逆變器裝置表現出了突出的快速調節性能優勢。對于弱電運行系統而言，逆變器裝置所表現出的快速調節特性導致電力系統誘發暫態電壓穩定的可能性大大提升。

從確保分布式光伏電站并網工程穩定運行的角度上來說，原則上需要最大限度地抑制分布式電網運行期間可能對電網系統電壓產生的波動影響。結合現行《城市電力網規劃設計導則》中的相關要求來看，對于分布式光伏電站并網工程而言，對于其電源短路比取值有著明確的要求，具體的取值標準為：接入點短路電流相對于分布式電源機組額定電流的比值應當控制在10.0單位以上。[5]

四、結束語

基于分布式光伏電站的并網工程的應用可實現太陽能與電能的直接轉化，對于環節當前能源緊張問題有重要價值。相對于離網光伏蓄電系統而言，光伏并網系統的優勢體現在：能夠建設在空曠場地中實現與高等級電網系統的可靠連接，可以說，其已成為光伏發電的主流發展方向之一。本文即著眼于分布式光伏電站并網工程應用問題，分別從孤島保護問題、諧波問題、以及短路比問題三個方面入手就分布式光伏電站并網工程應用期間有待解決的幾點問題展開了詳細分析與探討，希望能夠引起各方人員的特別關注與重視。[6]

參考文獻：

[1]趙爭鳴，雷一，賀凡波，等.大容量并網光伏電站技術綜述[J].電力系統自動化，2011，35（12）：101-107.

[2]李盼，吳江，管曉宏，等.分析光伏電站輸出特性的云遮擋太陽輻射模型[J].西安交通大學學報，2013，47（8）：61-67.

[3]郭康，徐玉琴，張麗，等.計及光伏電站隨機出力的配電網無功優化[J].電力系統保護與控制，2012，40（10）：53-58.

[4]王敏，宗炫君，袁越，等.含光伏電站的發電系統可靠性分析[J].中國電機工程學報，2013，（34）：42-49.

[5]鮑雪娜，張建成，徐明，等.基于混合儲能的并網光伏電站有功分級控制策略[J].電力系統自動化，2013，37（1）：115-121.

[6]王一波，李晶，許洪華，等.考慮電網安全穩定約束的光伏電站最大安裝容量計算與分析[J].太陽能學報，2008，29（8）：971-975.

（責任編輯：王祝萍）