光伏電源接入電網安全技術要點分析

孟旻婕，孟天慧（.國網遼寧省電力公司大連供電公司開發區分公司，遼寧 大連 6600；.哈爾濱工業大學（威海）校區，山東 威海 6409）

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光伏電源接入電網安全技術要點分析

孟旻婕1，孟天慧2
（1.國網遼寧省電力公司大連供電公司開發區分公司，遼寧 大連 116600；
2.哈爾濱工業大學（威海）校區，山東 威海 264209）

〔摘 要〕介紹了光伏電源接入對配電網電壓和頻率的影響及控制措施，分析了配電網故障對光伏電源的影響及控制措施，及防止光伏電源孤島運行的對策和光伏發電諧波抑制的措施，強化和完善了配電網安全技術管理。

〔關鍵詞〕光伏電源；配電網；孤島效應；逆變器；諧波

0 引言

光伏發電是一種新興的綠色能源。但當晝夜陰晴變化時，光伏發電功率也隨之變化，這種發電功率的不穩定性會影響接入配電網的穩定運行。國家電網公司為了更好地將光伏發電接入配電網，在技術規程、管理制度、企業標準等方面出臺一系列相關規定，確保光伏發電并入配電網的安全穩定運行。光伏發電并網會出現如下問題：

（1） 光伏發電并網加大了對配電網進行負荷預測的難度，改變了既有的負荷增長模式，使配電網的改造和管理更為復雜。

（2） 光伏發電并網后不輸送功率時，會造成配電網的電壓波動；而輸送功率時，也會造成配電網的電壓波動。

（3） 光伏發電并網的重要影響是造成饋線上的電壓分布改變；并且由于光伏發電一般通過逆變器接入電網，電力電子器件的頻繁開通和關斷，容易產生諧波污染。

（4） 配網多為單電源放射狀結構，繼電保護采用速斷、限時速斷的保護形式，不具備方向性。光伏發電并網注入功率會使繼電保護范圍縮小；分支線路故障時，會引起繼電保護誤動作。

（5） 光伏電源接入后的配電網如因發生電氣故障、人為誤操作或自然災害等而中斷供電時，用戶端的光伏電源自身脫離電網，會形成一個孤島運行微電網。

針對光伏發電并網后造成的影響，應根據并網光伏發電企業的規模、電壓等級、容量大小、設備特點，采取相應的技術措施，保證電網安全穩定運行和輸送優質電能。

1 光伏電源接入對配電網電壓和頻率的影響及控制措施

光伏發電并網會改變原配電網絡結構。配電網一般呈輻射狀，電壓沿饋線潮流方向逐漸降低。接入光伏電源后，饋線上的傳輸功率減少，使沿饋線各負荷節點處的電壓被抬高，導致一些負荷節點電壓偏移。抬高的電壓值與接入光伏電源的位置及總容量相關。光伏發電受天氣因素影響很大，具有隨機性和間歇性，在午間陽光充足時將明顯抬高接入點的電壓；有云層飄過時發電系統出力可迅速降低70 %左右，造成電壓的波動和閃變，將直接影響電網電壓和頻率。

為了嚴格掌控配電網的電壓和頻率，采取如下措施。

（1） 容量較小的電網接入光伏發電比過大時，調峰和調頻尤為關鍵，可采用小水電機組、小風電機組進行調峰和調頻。

（2） 當大量光伏電源接入配電網時，調度應充分考慮具有足夠的旋轉機組容量，滿足調峰和調頻的要求。

（3） 在陽光充足時段發電功率最大，而用電負荷較小時，調度應該考慮減少旋轉機組出力，或者對抽水蓄能電廠進行蓄水，以控制調整配電網電壓和頻率，保證電網的安全穩定運行。

（4） 在夜間時段光伏發電有功為0，采取退出電網部分電容器組方式調整無功，解決配電網電壓偏高的問題。

（5） 光伏發電企業向調度提供光伏實際運行在線數據，滿足供電電網負荷預測和調控工作。

2 配電網故障對光伏電源的影響及控制措施

當檢測到電網側發生短路時，光伏電站向電網輸出的短路電流應不大于額定電流的1.5倍；如未達此要求，會導致逆變器燒損。為有效降低配電網故障對光伏電站的影響，應采取如下控制措施。

（1） 加強配電網絡建設，采用適當增加鋪設電力電纜供電路徑的方式，滿足N-1供電可靠性要求；架空配電線路多采用絕緣導線，以降低配電網發生相間故障或接地故障的幾率。

（2） 選擇性能優良的配電網電氣設備，全面篩查運用中的電氣設備是否滿足運行要求；核查配電網繼電保護范圍、性能、定值等是否滿足現場實際運行要求，確保配電網處于安全可靠運行狀態。

（3） 提高配電網運行維護管理精準化工作能力，每年都應對配電網運行中的光伏電源進行全面的技術監督、用電監察、配網檢測、信息反饋等工作，杜絕配電單位發生人為錯誤指揮、錯誤操作、錯誤作業、錯誤接線、錯誤整定、錯誤調度及人身觸電等事故。

（4） 積極防御外力對配電網的影響，調動全社會力量消除各類外力破壞因素，打造良好的配電網安全運行大環境，提高配電網供電可靠性。

（5） 及時修訂配電網運行、維護的各類技術規程和管理制度，提高對“新型有源”配電網的認識，不斷總結“新型有源”配電網運行經驗，提升配電網安全穩定運行管理水平。

3 防止光伏電源孤島運行的對策

配電網孤島運行是隨時可能發生的。當發生電氣故障、人為誤操作或自然災害而中斷供電時，用戶端的光伏電源會脫離電網而形成一個公共電網系統自給供電孤島。因孤島運行的局域微電網不能滿足用電客戶的技術標準，會對用戶產生嚴重的后果：配電網不再能控制光伏電源狀態，電壓和頻率會產生大波動，而對孤島中的電力設備產生一定損害，同時影響配電網保護動作程序；并網系統在孤島狀態下單相供電，供需不平衡，會引起三相負載的欠相供電問題；電網恢復供電時，由于相位不同步導致的沖擊電流可能損壞并網逆變器；可能導致電網維護人員認為已斷電而接觸孤島供電線路，引起觸電危險，造成人身傷害。

防止孤島運行的技術管控措施有：

（1） 光伏電站必須具備快速監測孤島的能力，其防孤島保護應與電網側線路保護相配合；

（2） 結合并網光伏發電企業設備裝置現狀和并網點配電網的接納能力，確定防止發生孤島運行的具體技術措施；

（3） 全面提升配電網技術管理能力，杜絕人為因素造成的孤島運行。加強配電網抗拒自然災害的能力建設，以及杜絕發生作業人員過失引發的配電網事故；

（4） 加強配電網對光伏電源的技術監測能力，嚴格掌控光伏發電并網資料審查、技術審核、工程質量驗收、設備檢驗等關口。

4 光伏發電諧波抑制措施

GB/T14549—1993《電能質量 公用電網諧波》對光伏發電諧波分量的要求為：逆變器在運行時，不應造成電壓波形過度畸變和注入電網過度的諧波電流。規定逆變器帶載運行時，電壓諧波總畸變率限值是：0.38 kV為5 %，10 kV為4 %；諧波電流允許限值是：0.38 kV（基準短路容量10 MVA）時，3，5，7，9次諧波分別為62，62，44，21 A；10 kV（基準短路容量100 MVA）時，3，5，7，9次諧波分別為34，34，24，11 A。

光伏電站諧波的產生主要由逆變器、變壓器鐵芯飽和非線性等因素導致。逆變器產生的諧波主要為高次諧波。諧波會導致電壓、電流波形的畸變，而輸入電網后諧波能夠對用電設備產生多種形式的影響：對電子器件及控制器產生不利影響；使電纜、變壓器、電抗器、電動機等溫度升高，加速絕緣老化，降低輸電容量或出力。

抑制光伏發電諧波的主要措施如下：

（1） 加強對光伏諧波的治理工作，采取有力措施加強并網光伏電源的技術監督與管理，掌控配電網諧波污染源，凡超過國家、行業規定技術標準的設備不得并網使用。本著“誰干擾、誰污染，誰治理”的原則，在諧波源上采取控制措施。

（2） 采用多電平逆變器，增加換流裝置的脈沖數，平滑其波形，減少諧波。可采用脈寬調制型逆變器抑制諧波，采用無源濾波或有源濾波裝置削弱諧波。

5 結束語

光伏發電為綠色清潔能源，電網線損較小，發電曲線為正態分布，適合國情網情。與旋轉發電功率特性有機結合，供電部門、光伏企業積極采取技術措施和管理措施，可確保配電網和光伏電源安全穩定運行。

收稿日期：2016-01-16。

作者簡介：

孟旻婕（1983-），女，助理經濟師，主要從事供電、配電專業工作，email：stella1983@163.com。

孟天慧（1994-），女，本科，參加高等院校電氣工程及其自動化專業學習。