分布式光伏并網對配電網電能質量的影響

湯永進

摘要：我國針對現階段經濟發展與能源緊張之間的矛盾問題，提出了節能減排的口號，以此減少對不可再生能源的依賴，使用可再生的新能源進行生產運行與活動。我國的供電形勢一直處于供不應求的狀態，因此國家電網、供電單位提出了多方面的改進措施，例如西電東輸、峰谷供電等，但是這僅能緩解部分供電危機，而采用分布式光伏發電技術，可以保證區域內所有用電群體的用電需求，確保人們可以順利開展各項活動。基于此，本文對分布式光伏并網對配電網電能質量的影響做了簡單的探討，以供相關人員參考。

關鍵詞：分布式;光伏并網;配電網;影響;措施

1 分布式光伏并網發電特征解析

光伏列陣功率輸出會受到太陽光的照度、強度以及實時溫度等不定因素的影響。在全年之內，會受到季節、日照時段、雨雪天氣等自然條件的影響，從而表現出不穩定性和不連續性，最終影響電壓波動，對公共電網產生沖擊。通過逆變器，可以實現對分布式光伏并網頻率以及電壓控制。逆變器之中電力電子器件在日常的工作之中會產生諧波電流，進而對電網的安全高效運行帶來影響。為了有效的遏制開關諧波污染電流，通過串聯LCL型濾波器進行改善。但是濾波器本身也可能引發二次污染。當電網發生故障的時候，可能形成供電的孤島，并且這一時段的頻率不夠穩定、電壓波動較大，很難控制。負荷側出現的電壓波動與閃變會對用電設備造成影響;恢復供電或者是光伏并網瞬間，如果光伏的輸出電壓與公共電網電壓不能夠相互同步，就會有較大的沖擊電流出現，對電網的穩定性帶來影響。

2 分布式光伏并網對配電網電能質量的影響

與傳統能源相比，并網光伏發電系統只在白天并網情況下輸出有功功率，其利用效率比較低，而且分布式光伏發電基于天氣情況的隨機性、間歇性以及頻繁投退等特性也會給電網帶來運行風險。光伏發電設備中使用的電力電子轉換裝置也會給配電網帶來大量的諧波污染以及無功損耗。如不考慮上述因素影響，光伏發電有可能導致配電網的供電質量大打折扣，對配電網的安全運行造成潛在風險以及不可挽回的后果。光伏并網能為系統提供電壓支持，但是也會使配電線路有功、無功發生一定變化，隨之而來的是系統潮流以及穩態電壓的變化，會導致電能質量的下降以及網損的升高，對配電網的安全性造成嚴重影響。

配電網安全運行需要保證電壓在允許正常范圍內，從而確保良好的電能質量。配電網節點電壓反映了該處無功的供需關系，電壓偏差的根本原因是系統無功出現不平衡現象。無功不平衡容易導致電壓超出正常運行范圍，嚴重影響配電網的安全以及經濟運行。當光伏滲透率超過最大運行允許值或者配電網系統輕載運行時，極容易出息逆功率現象，大幅度抬升該節點電壓，導致配電網潮流和運行方式的變化，也影響了繼保設備的動作正確率。分布式光伏系統由于經濟性原因選址離負荷中心有一定距離，配電線路越長，并網線路各節點電壓損耗就越大，電壓畸變也會更加嚴重，也會使電能質量造成很大影響。

光伏發電主要受到太陽輻射強度和溫度的影響，這些不可控且難以預測的因素造成了光伏發電的波動特性，也嚴重影響了接入的配電網的電能質量以及運行安全。當并網光伏輸出功率的波動水平達到一定程度時，配電網電壓也會隨之發生顯著波動，從而影響頻率也會發生變化。當光伏系統正常運行時，太陽輻射強度因云層或者其他原因突然減弱，光伏逆變器隨之進入輕載模式，對配電網注入大量諧波，引起電壓正弦波形畸變，功率損耗增加。陰天期間，光伏系統只能提供較少的功率甚至無功率輸出，機組將會停機脫網，頻繁的啟停機會對配電網造成很大沖擊以及影響設備壽命。

3 分布式光伏并網接入配電網提升電能質量的有效措施

供電單位可以在并網之前，對于光伏電源以及各個接入點的電能質量進行綜合性管理，應用在線監測手段對電能的質量進行檢查，如果發現電壓波動，或者大量諧波干擾，可快速采取措施，加強對電能質量的維護。

3.1 中心控制層

（1）電網調度的執行，在執行電網調度指令時，分布式光伏發電系統直接設定了逆變器的輸出功率參考值。考慮到由波動性和間歇性存在與光伏列陣的輸出功率之中，所以，就會有不匹配的功率存在于調度指令以及光伏電池的輸出最大功率之間，利用超級電容器儲能裝置，就可以實現調節處理以及抑制。

（2）低電壓穿越，當配電網出現超過10%的電壓偏差的時候，就會緊急控制分布式光伏發電系統電壓的問題。通過有功功率來削減處理容量之后，防范逆變器過流的問題出現。如果偏差處于10%之內，當有1%UN電網電壓降低的時候，就會存在5%的分布式電源輸出有功功率下降的情況。在將有功功率進行限制的時候，最大的可用容量就可以支撐無功電。

（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。

3.3 仿真解析

（1）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0.1～0.5s范圍之間的功率會突然提升，在0.3s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800V，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。

（2）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0.1～0.5s時，光伏陣列的輸出功率會出現突然的提升，在0.7～1.1s時，就會出現輸出功率降低的現象，將恒功率60kW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。

總之，光伏發電作為未來清潔能源的發展方向之一，特別是作為城市地區最具有投資價值實用形式。但是光伏發電由于自身的不穩定性以及調度要求，對接入公用配電網的電能質量產生一定的影響。研究和討論光伏接入對配電網電能質量的影響能夠有效避免有關的事故，使光伏發電更加高效更加穩定。

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