分布式光伏發(fā)電與主動配電網的協(xié)調發(fā)展探究

陜西光伏產業(yè)有限公司 賈國征 時碩凡

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分布式光伏發(fā)電與主動配電網的協(xié)調發(fā)展探究

陜西光伏產業(yè)有限公司 賈國征 時碩凡

【摘要】本文通過對分布式光伏發(fā)電與主動配電網的協(xié)調發(fā)展方式進行研究，并對主動配電網、分布式光伏發(fā)電進行詳細介紹，從分布式光伏發(fā)電對主動配電網的影響，兩者間的協(xié)調發(fā)展的角度進行分析和研究。

【關鍵詞】分布式；光伏發(fā)電；主動配電網；協(xié)調發(fā)展

1 主動配電網的核心理念

主動配電網是指可以綜合控制多個分布式電源、負荷或儲能裝置的新型配電網絡，通過借助更為靈活的網絡拓撲控制系統(tǒng)，在一定程度上，保證分布式資源在合適的監(jiān)管環(huán)境和準入協(xié)議下，為配電系統(tǒng)提供更穩(wěn)定的支持。主要體現在“規(guī)劃、控制、管理、 服務”的主動性與“感知”的全面性。主動配電網被看作為“智能配電系統(tǒng)”，在社區(qū)和廠區(qū)間都有推廣應用，其對提高整個電力系統(tǒng)的調度控制具有積極作用。事實上，主動配電網的關鍵技術主要涉及電力系統(tǒng)、儲能材料、電力電子、網絡通訊以及自動控制等幾個領域。

2 分布式光伏發(fā)電的原理

光伏發(fā)電的原理是，借助半導體界面的光生伏特效應，直接將光能轉變?yōu)殡娔艿囊环N可再生性綠色發(fā)電技術。光伏發(fā)電技術的關鍵元件是太陽能電池板，太陽能電池板經串聯、封裝后形成大面積太陽能電池組件，再通過與功率控制器等元件的配合，共同構成光伏發(fā)電裝置。分布式光伏發(fā)電的工作原理指：太陽光照射到半導體p-n結，形成新的空穴-電子對，并在p-n結內電場作用下，使空穴由n區(qū)流向p區(qū)，而與此同時電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后在傳導元件上形成電流。

3 分布式光伏發(fā)電對主動配電網的影響

3.1 配電網規(guī)劃問題

配電系統(tǒng)的規(guī)劃，主要通過一定時間和空間內配點負荷進行預測，以判斷最佳的系統(tǒng)建設方案，滿足負荷增長和穩(wěn)定供電的條件，最后通過確定最優(yōu)變電站布點布局和網絡接線方式，安排合理的投資水平、投資時間，降低整個配電系統(tǒng)成本和運營成本。近年來隨著分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，主要配電系統(tǒng)中最優(yōu)配電網方案的規(guī)劃和選擇，都需要考慮它帶來的影響：a. 提高規(guī)劃區(qū)內電力負荷預測的難度；b. 規(guī)劃區(qū)內用戶］DG安裝點難以確定；c. 雖DG減少或推遲影響配電系統(tǒng)投資建設，但DG位置和規(guī)模不合理可能會導致配電網內某設備利用率的降低，增加網損和維持電力公司經濟效益的可能。

3.2 諧波問題

基于電力電子技術的、逆變器接入的分布式電源，電壓調節(jié)和控制方式都與常規(guī)方式有很大不同。其開關器件的頻繁和開關頻率附近的諧波分量可能會對電網造成污染。另外， 逆變器運行過程中，在參數不均衡、 出發(fā)脈沖不對稱的情況下，出現直流電流入配電變壓器的問題，造成變壓器的直流偏磁引起功率因數惡化、異常發(fā)熱和波形畸變。在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中，必須對工作狀態(tài)下配電系統(tǒng)中諧波進行測量分析與抑制。

3.3 電壓波動與閃變問題

電壓降落與系統(tǒng)參數有關，在電阻性配電網中，供電過程中有功波動會影響各點的電壓情況。光伏發(fā)電的電能輸出會受天氣變化影響，多云、陰天等天氣，發(fā)電功率會出現劇烈波動或穩(wěn)定相差等變化。當發(fā)電功率的最大變化率超過 10% 時，光伏發(fā)電功率的隨機性可能會造成供電電網電壓的波動和閃變，這種電壓問題會直接影響到用戶的用電設備安全。

3.4 繼電保護問題

傳統(tǒng)配電網絡的保護設計多是在主饋線安裝自動重合閘裝置，變電站處安裝反向過電流斷路器，支路安裝設熔斷器。對單電源、放射狀的供電網絡中發(fā)生的瞬時故障進行防控。當分布式電源接入后，電源自身故障會對整個供電系統(tǒng)的運行和保護都產生影響，此時的配電網已經變化成為多電源結構，發(fā)生短路電流的變化。繼電保護的工作行為則會受到光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響，尤其是基于斷路器的三段式電流保護，影響最為嚴重。

3.5 孤島問題

分布式光伏發(fā)電設備計入主動配電網供電系統(tǒng)中時，電網發(fā)生線路故障、頻率不穩(wěn)定、電壓越限或振蕩失步等問題時，雖DG與配電網斷開，但仍與本地負載連接，繼續(xù)進行供電過程，形成一個封閉的供電子系統(tǒng)。在這個供電子系統(tǒng)內有電能的傳輸、消耗，但卻與電網隔離。脫離電力部門管理，成為“孤島”?！肮聧u”問題容易引發(fā)多種安全隱患：1）威脅到線路維護人員的人身安全；2）影響與孤島地區(qū)供電網絡相連用戶的供電質量；3）無法協(xié)調內部保護裝置工作；4）整個供電線路恢復后可能產生相位不同步現象；5）“孤島”電網與主網間不同步重合閘產生操作電壓等。

4 分布式光伏發(fā)電與主動配電網的協(xié)調發(fā)展分析

傳統(tǒng)電力供應系統(tǒng)通常作為高度復雜的供電系統(tǒng)的代表，一般采用統(tǒng)一集中式的規(guī)劃建設和運用管理，強調對涉網線路、用戶、設備的檢查和管理，強化對相關政策和標準的統(tǒng)一控制。為確保電力供應系統(tǒng)安全與穩(wěn)定，分布式光伏發(fā)電在發(fā)電特點和優(yōu)勢上都采用特立獨行、靈活控制的方式，增加電網接入時的技術門檻，通過嚴格制限制發(fā)展深度和擴大接納寬度的方式，對分布式光伏發(fā)電裝置進行系統(tǒng)改進，但由于技術性的缺乏，或管理等方面的不到位，總是會對電網的升級改造、分布式光伏發(fā)電的應用推廣產生影響。分布式光伏發(fā)電與主動配電網的協(xié)調發(fā)展是制約現階段配電網絡創(chuàng)新的重要問題。

4.1 政策規(guī)劃

通過對比兩者之間的差異，分布式發(fā)電和主動配電網都需要相關政策法規(guī)的支持，在建設規(guī)劃的設計階段，要結合地區(qū)差異和經濟發(fā)展等，與當地實際情況進行協(xié)調和規(guī)劃，鼓勵不同條件和需求下的技術創(chuàng)新和改進。目前我國分布式光伏發(fā)電與主動配電網的有效結合方式主要有 3 種：1）在電網架構薄弱地區(qū)、缺電地區(qū)，以提高地區(qū)供電能力為主，提高有效供電過程中電壓的穩(wěn)定性、電壓自適應控制、分布式光伏發(fā)電的高滲透率接入、 并離網切換，以及微網運行控制等技術方面的改進；2）以城鎮(zhèn)地區(qū)為主，分布式光伏發(fā)電密度較高、接入點分散，以供電電能質量控制、提高能量利用效益、優(yōu)化控制潮流特性等技術改進為重點研究內容；3）工業(yè)園區(qū)等生產區(qū)域，分布式光伏發(fā)電以大規(guī)模、連片式、流暢性為主要特點進行電壓供應，需要解決的是遠程調度、繼電保護、功率預測等技術工作。

4.2 技術規(guī)范

分布式光伏發(fā)電與主動配電網的協(xié)調發(fā)展，需要更多技術支持。發(fā)展早期，技術特征多集中在防范比例影響，規(guī)范分布式光伏發(fā)電秩序上，研究內容也多是提高性能，增加適應性和可靠性，具體包括電能質量、故障穿越等工作的完善。技術規(guī)范是指通過對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進行嚴格約束，以保證供電線路的穩(wěn)定和供電能力的穩(wěn)步提升。隨著近年來分布式光伏發(fā)電的應用推廣，技術規(guī)范的約束方式多體現出的弊端越來越顯著。分布式光伏發(fā)電與主動配電要協(xié)調發(fā)展，必須對傳統(tǒng)配電網進行升級，構建完整的創(chuàng)新和發(fā)展體系。在當前的分布式光伏發(fā)電技術的發(fā)展階段，主動配電網的進步和發(fā)展，對提高電力系統(tǒng)的可調度性和穩(wěn)定性都具有重要價值。在未來主動配電網發(fā)展的高級階段，技術特征應該會集中體現在主動配電網的內部負荷、 儲能裝置、分布式發(fā)電裝置、能量管理系統(tǒng)等各項技術內容之間的聯合調控和配合程度上。技術規(guī)范是指通過循序漸進的方式，引導傳統(tǒng)配電網向主動配電網進行轉換。

4.3 實驗示范

通過對分布式光伏發(fā)電與主動配電網協(xié)同發(fā)展的某些核心技術、關鍵技術，進行驗證演示，以推進技術研究的進程，強化相關技術的推廣力度。通過對分布式光伏發(fā)電與主動配電網的結合方式和應用典型進行實驗示范，對電力供應薄弱區(qū)域進行重點實驗，研究控制技術的開發(fā)和發(fā)展。城鎮(zhèn)內，主動配電網絡通過借助儲能設備和負荷管理，重點對分布式發(fā)電裝置的靈活接入和分散運行進行觀測、研究，從而確定針對整個供電網絡的控制策略。調節(jié)負荷、儲能裝置、分布式光伏發(fā)電的控制等，需要在配電網內部的功率和電壓處于一定范圍內時，才能保證配電網的安全穩(wěn)定和高效運行。

5 結語

借助主動配電網技術，分布式光伏發(fā)電能夠通過儲能裝置、負荷聯合調控等元件的配合，能夠發(fā)揮更多更大的作用，在未來社區(qū)配電的中也具有廣闊的發(fā)展前景。另外，主動配電網的發(fā)展和研究不僅是當下的熱點，更是推動電網技術發(fā)展的重要內容和創(chuàng)新方向，應在技術、政策、實驗等各個方面，給與分布式光伏發(fā)電和主動配電網協(xié)調發(fā)展和共同進步的機會。

參考文獻

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［3］李鵬，竇鵬沖，李雨薇，周逢權，汪海蛟.微電網技術在主動配電網中的應用［J］.電力自動化設備，2015（4）.

作者簡介：

賈國征（1974－），男，陜西韓城人，大學本科，工程師，現供職于陜西光伏產業(yè)有限公司。

時碩凡（1986－），女，河南新鄉(xiāng)人，大學本科，助理工程師，現供職于陜西光伏產業(yè)有限公司。