分布式光伏發電系統與配電網交互影響探究

作者/劉前軍，囯網山東省電力公司平原縣供電公司

分布式光伏發電系統與配電網交互影響探究

作者/劉前軍，囯網山東省電力公司平原縣供電公司

光伏發電系統是目前新興的發電技術的重要應用，與風電、水電共同作為新能源發電的代表，在現階段發電廠中占有重要位置。本文將針對目前分布式光伏發電系統的構成和并網接入方式進行研究并闡述，結合光伏發電與傳統配電網絡之間因存在的信息覆蓋、數據隔離問題，對二者之間的交互影響進行論述，同時對并網管理提出建議。

新能源；發電系統；配電網絡；并網管理

前言

新能源是在世界能源出現嚴重的情勢下被提出，并受到各國專家認可的理論，新能源的選擇和應用既需要具備能源含量巨大的特點，同時在使用過程中也不能夠對環境造成污染。在全球能源的研究中，太陽能能源以其具有的豐富性和可靠性受到電力研究者的廣泛關注，經過多年的研究和實踐，光伏發電已經逐漸得到了應用，并在新能源產業當中具有重要地位。

1.分布式光伏的并網接入

■1.1 光伏系統構成

對于一般的光伏系統來說，可以根據其發電方式分為離網型和并網型兩種類型，其中離網型是一種孤立的發電系統，不與常規電力系統相互連接，其構造包含控制器、蓄電池組、逆變器、光伏電池陣列構成，以其特點，主要應用于鄉村、高原、荒漠和海島，這些地區公用電網難以覆蓋；而并網型系統則是與常規電力系統相連接，將系統網絡并入到傳統配電網絡當中，實現電力能源利用的最大化。其構成結構主要包括有系統控制器、光伏方陣、并網逆變器等，這種類型的光伏系統根據密集程度還可劃分為分布式光伏電站和集中式光伏電站兩種，本文進行研究的正式并網型分布式光伏發電系統。

■1.2 光伏系統特征

在現階段的分布式光伏發電系統當中，由于選擇使用的控制器不同，因此可以分為單極式并網和兩級式并網兩種類型[1]。這兩種并網方式各具特點，具體內容如表1所示。

■1.3 并網接入方式

在國網典型設計當中，關于分布式光伏發電系統的并網接入方式多達十三種，并形成了并網方式數據庫。在這十三種方式之中，最為常見的為模糊匹配技術。模糊匹配技術的實現首先要基于分布式光伏發電系統的全參數量化，從而使接入容量、電壓等級、配網拓撲等內容能夠進行分級排序，從而實現模糊函數的建模，計算出并網規則和相對閾值，從而使設計方案能夠針對具體的并網需求做出最優選擇。以光伏電池的輸出選擇為例，在進行并網接入設計的時候，分布式光伏發電系統需要優先考慮并網的配電網絡所在地區的光照條件，利用數學模型進行建模仿真。本文對我國某省份的實例光伏發電進行了并網設計，首先選用MPPT算法形成S函數，太陽能電池模塊參數依照海納多晶硅SW–260W–P型號進行了確定，并在標準溫度下對該地區光照強度進行了仿真，從而分別得出了開路電壓、短路電流、最大功率點電壓等數值，為電池選型和光伏陣列提供了數據支持。

表 1 兩種并網方式的比較

2.光伏發電對配電網絡影響

■2.1 配電網絡短路影響

在分布式的光伏發電系統當中，光伏電源擁有穩態等值，因此本文在針對配電網絡所擁有的等效電壓源加抗阻的形式當中，利用模型的方法，對短路電流進行計算，最終得出了光伏電源容量在并網接入后對配電網絡短路電流的影響。圖1為一種光伏發電在配電網絡中的模型。

圖中，對各個部分分別進行設置。其中，系統電源為SG，分布式光伏電源為PV，ES、XS、EPV、XPV分別為系統等小電源相電壓、系統等效阻抗、分布式光伏電源電壓、分布式光伏等效阻抗。通過圖示可以對等效阻抗和電源容量的關系進行表達，設常量系數a，則有XPV=a/SPV。

圖 1 配電網等值模型

在線路當中，ES、EPV、E三者在忽略線路電阻時假設相等，則線路中AB、BC、CD、AE四項阻抗則可以分別指代X1、X2、X3、X4，本文以K1點短路故障為例進行推導，則保護1的流經電流可以表示為：

式中通過I來表示系統線路參數，通過公式的電流計算可以得出結論，當K1發生故障時，由于短路，保護1的短路電流將不再受到光伏電源影響，正常工作，但保護2與保護3則會由于光伏電源的影響形成反孤島，并與電網斷開[2]。

■2.2 配電網絡繼電保護影響

在繼電保護中，配電網絡需要通過分布式光伏電源將饋線中間母線C進行接入，這使得在電路當中，發生三相短路故障時，容易造成短路電流和電源容量之間大小關系表現為繼電保護故障。在圖2所示的10kV配電網中，K1，K2、K3三相短路故障，分別出現在0.4sAB端、0.4sCD端、0.4sAE線路末端，故障持續時間均為0.2s，通過研究和比對可以看出，K1點故障對電流并未產生影響，K2點故障發生時保護3短路電流增大，從而出現瞬時電流速斷保護動作，并將保護范圍延伸至下一線路。K3點故障后，保護2短路電流先減后增，表明分布式光伏發電電源容量過小，致使反向電流朝負荷方向注入，且流經AB、BC反向，繼而逐漸增大。

圖 2 10kV配電網絡

3.并網管理方式的實現

■3.1 運檢安全

在分布式光伏發電系統進行并網時，一般會選擇標準通訊接口方式，利用TCP/IP以及IEC60870–5104協議，進行光伏發電系統與配電網絡之間的交互，從而實現一體化建設。在管理一體化中，首先應當具備并網安全評價、電能質量監測、狀態實時分析的功能，配合模型分析，實現對非計劃孤島、反孤島故障的信息整理，并為后續檢修提供支持。

■3.2 計量監管

分布式光伏發電的并網安全管理還可以與電力系統當中的營銷系統相互結合，通過營銷系統的功能，對分布式光伏發電系統當中的關鍵發電數據進行提取，通過數據分析技術對光伏騙補用戶進行識別，從而使計量內容更加規范，計量的監管也更加科學合理[3]。

■3.3 信息監測

為了實現因分布式光伏發電系統造成的配電網絡安全故障的及時查看檢修，需要運用數據庫技術對光伏系統的建設規模、并網方式、系統拓撲情況進行具體的統計和整理，本文利用了B/S數據架構以及操作系統后臺，實現了安全認證的消息總線之下，實時數據庫和關系數據庫的建設。在實際的發電工作過程中，數據庫技術和操作系統可以利用數據架構實現遠程數據的調閱，并為用戶提供良好的交互體驗，同時為決策者提供決策指標，服務與運行調度。以本文所研究的省級電網為例，該電網就已經采用了現今的故障分析系統，利用運行數據與數據庫的對比，進行分析和故障診斷，從而為故障檢修提供幫助。

4.結論

雖然光伏發電系統作為新型的情節能源在發電領域擁有十分廣泛的應用，但是相較于離網型光伏發電，并網型光伏發電在并入之后，可能會由于系統中電源的特性造成短路和繼電保護故障，本文在研究中通過建模的方式發現了這一點，并為今后配電網絡的安全運行提供了并網管理的建議，大型電網可以領用信息系統對配電故障進行監測，及時處理。

＊ [1]黃宜林.分布式光伏并網管理的要點分析[J].能源與節能,2017,(08):91-92.

＊ [2]宋濤. 光伏電站接入對配電網保護的影響[D].華北電力大學(北京),2016.

＊ [3]崔紅芬,汪春,葉季蕾. 多接入點分布式光伏發電系統與配電網交互影響研究[J/OL].電力系統保護與控制,2015,43(10)