分布式光伏并網對配電網電能質量的影響

劉 峰

(國網浙江臺州市路橋區供電有限公司，浙江 臺州 318050)

從我國開始工業革命以來，應用傳統石化能源會對生態環境造成嚴重的污染，加劇溫室效應，因此人們更加關注新能源技術的應用。光伏發電作為新能源發電技術中不可或缺的重要部分，在我國的發展極為迅猛，尤其是光伏發電技術。將分布式光伏網并網接入配電網系統中，會對其產生一定影響，因此需要提高分布式光伏并網的應用效果，從而提高配電網的電能質量。

1 分布式光伏并網發電特征解析

在將分布式光伏接入到配電網之后，光伏列陣的輸出功率會受到多方面因素的影響，如太陽光的強度、溫度等因素。在運行過程中，還會受到季節、天氣等自然條件的影響，會使系統的運行不穩定、不持續，最終發生嚴重的電壓波動，對公共電網形成強大的沖擊力。使用逆變器，可以對分布式光伏并網頻率進行良好控制。在逆變器中，包含電子器件，在運行過程中會不斷生成諧波電流，可以加強電網系統的運行穩定性、提高效率。

2 分布式光伏并網對配電網電能質量的影響

在配電網的運行過程中，分布式光伏電源的滲透率會不斷提升，分布式光伏并網會對傳統電力系統造成一定影響，但也會提升電能的整體質量。通常分布式光伏接入線路的末端位置，與終端的負荷電氣距離較近，可以使電能的功能更近，還可以使饋線中的傳輸功率降低，充分滿足無功補償要求，從而對接入部分的電壓起到良好的支撐[1]。將分布式光伏并網系統與新能源共同接入到配電網中，可以形成電網互相支撐的良好狀態，增強電壓的穩定性、減少系統擾動、提升系統頻率的穩定性。若出現自然災害等情況，分布式光伏可以含有一定的供給負荷，從而可以使自身達到獨立運行的狀態，加強負荷電力供給的可靠性。在配電網的末端位置，使用分布式光伏并網，可以不斷提升滲透率，從而將配電網系統中存在的光伏供電負荷不斷降低，避免配電網在運行過程中出現安全事故，降低電能質量，還可以提升系統承載負荷的能力，減少發電設備的整體容量，從而提高電能的利用效率，為電力系統運行穩定性、安全性提供保障。

3 分布式光伏并網接入配電網提升電能質量的有效措施

為了將分布式光伏并網更加合理地接入配電網系統中，需要將分布式光伏系統的電壓進行調節，可采用有功、無功的方式，之后設置實際運行環節的控制方案。這樣可以將配電網自身存在的問題有效解決，如擾動、大容量載荷、光伏輸出電能驟變造成電壓質量降低等問題。接下來，將對分布式光伏發電系統運行控制方案進行分析，以期在調節之后可以提升配電網的電能質量。

3.1 配電網中心控制層

(1)執行配電網調度

在執行配電網調度指令時，分布式光伏發電系統會對逆變器的輸出功率參考值進行有效執行。但其中存在波動性與間歇性的特征，會影響光伏列陣整體的輸出功率，因此就會發生功率不匹配的現象，對調度指令與光伏電池的最大輸出功率造成影響。為解決該問題可以使用超級電容器儲能裝置，將這種情況進行有效的調節，起到良好的抑制作用。

(2)低電壓穿越

配電網在運行過程中，可能會出現超過10%的電壓偏差情況[2]，需對分布式光伏發電系統的電壓問題進行緊急控制。將分布式光伏并網有功功率進行容量消減處理之后，可以有效避免逆變器出現過流問題。若電壓偏差沒有超過10%，且含有1%UN配電網電壓出現降低情況，其中5%的分布式電源的有功功率就會出現下降。可以對分布式電源的有功功率進行限制，通過最大的可用容量就可以對無供電進行有效支撐。

(3)對儲能元件荷電狀態進行調整

為了增強光伏發電系統的運行穩定性與可靠性，需要確保端電壓處于合理的工作范圍中，同時為了確保運行的持續性，應對其進行及時、有效的調整。若超級電容器的電壓過低，可以使用充電的方式確保端電壓獲得提升。若端電壓過高，就要將其中的電能放掉，避免超過標準值。因此可以使用恒功率的方式完成充電與放電操作，確保超級電容器中的能量形成良好的自我調節。

3.2 配電網的本地控制層

如圖1所示，在配電網的本地控制層中，需要加強超級電容器與逆變器之間的配合度，還需要對相關結構進行有效控制：(1)電網側結構的控制，其中包括配電網的調頻、調壓與調度；(2)逆變器結構的控制；(3)對超級電容能量進行調整與控制。做好這些才能確保分布式光伏配電網系統的正常、穩定運行。

圖1 本地控制層結構圖

3.3 仿真解析

(1)配電網的調度模式

在對配電網調度模式進行仿真驗證的基礎上，分布式光伏電源自身的直流母線電壓比較穩定，在執行配電網功率調度指令時，通過仿真驗證可獲得良好電能運行效果。在0.1～0.5 s范圍內[3]，分布式光伏列陣的輸出功率會驟然提升。在0.2～0.4 s時，分布式光伏會將無功、有功的調度質量進行改變。由于超級電容器自身具備一定的協調性，可以確保分布式光伏的調度指令跟蹤狀態較為穩定，還可以將其中的直流母線電壓控制在800 V，電壓不會出現過大的偏差，加強直流母線電壓運行的穩定性。因此這種方式既可以增強功率在前饋環節中的反應速度，還可以避免直流母線電壓出現過大的波動。

(2)配電網的調頻模式

在對配電網的調頻模式進行仿真實驗時候，發現若出現電頻偏移的情況，分布式光伏電源就會立即與調頻過程相融，還可以增強直流母線電壓的運行穩定性。在系統運行0.1～0.5 s之間，分布式光伏列陣的功率將突然提升，若頻率小于50.2 Hz，分布式光伏系統并網功率自身就會成為光伏列陣的實際輸出功率。若配電網的頻率不斷提升，基于0.1 Hz 4%PM速率，將會使光伏系統的并網功率參考值降低。若分布式光伏并網系統的輸出功率與參考值較高，通過對并網功率的分析，剩余的功率就會被超級電容器不斷吸收。分布式光伏列陣的整體輸出功率將會小于參考值，將其輸出功率進行分析與處理之后就可以完成分布式光伏的并網。在對配電網系統進行調頻的過程中，可以將800 V電壓作為基礎要求，在將0.625%電壓偏差進行有效控制之后，就可以增強直流母線電壓運行過程的穩定性與可靠性。

(3)低電壓穿越模式

在低電壓穿越模式中，對配電網的電壓波動進行仿真實驗，對配電網的電壓進行調整，需要滿足直流母線電壓的多種要求。分布式光伏系統運行在0.1～0.5 s范圍之間的功率會突然提升，在0.3 s之前，會下降到0.8UN。若分布式光伏系統的電壓小于0.98UN，無功功率就會通過逆變器的作用被注入至電網中，充分滿足電壓的需求。若電壓小于0.95UN，就可以對分布式光伏并網的有功功率產生限制的作用，配電網電壓的下降幅度與有功功率消減程度呈正比，還會將最大的可用容量作為基礎，使逆變器成為無功電壓的主要支撐。在對配電網進行壓力調整的過程中，由于分布式光伏電源系統也在其中，可以將直流母線電壓控制在800 V，不會出現較大的偏差，從而將直流母線的電壓穩定性能充分發揮。

(4)對超級電容器的荷電狀態進行調整

在進行仿真實驗時，若電壓沒有處于正常運行范圍中，超級電容器就會使直流母線的電壓獲得穩定，還可以將自身的能量進行有效調整。若端電壓較低，可以使用充電的方式對仿真實驗過程進行調整，放電也是同樣的處理辦法。在光伏系統運行到0.1～0.5 s時，光伏陣列的輸出功率會出現突然的提升，在0.7～1.1 s時，就會出現輸出功率降低的現象，將恒功率60 kW作為基礎可以對超級電容器的充電過程進行有效控制。在超級電容器的端電壓較低，可以將其調整在恒功率的充電過程中，就可以使系統的整體電壓趨于穩定，不會超出電壓的標準范圍，還可以將電壓的穩定能力充分發揮。

4 結束語

本文對配電網電能質量的調節功能進行設計，還設置出兩種層面的控制方案。通過仿真實驗可以看出，文中描述的調整方案可以對分布式光伏并網的儲能元件能量狀態進行有效調整，從而加強直流母線的電壓運行穩定性，增強配電網的電能質量。