分析光伏發電接入配電網的可靠性以及現狀、展望

鄭林鈞

【摘 ?要】在世界能源匱乏的情況下，新能源的出現得到各國的認可與支持。在所有新能源的研究當中，太陽能能源受到電力研究者的廣泛關注，不僅具有能源豐富性和可靠性優點，而且不能在使用過程中造成環境污染。光伏發電經過多年的研究已逐漸得到應用，并在新能源產業開發的過程中占據重要的位置。

【關鍵詞】光伏發電;配電網;可靠性;現狀;展望

引言

智能電網擁有可再生能源發電系統，能結合電力網絡和信息，對光伏發電的合理接入有促進作用。光伏發電具有間歇性，可影響配電系統的結構與運行，從而使得光伏發電接入配電網的可靠性變得復雜，需要考慮持續供電的問題。本文通過分析光伏發電接入配電網的可靠性以及現狀、展望，為以后新能源研究提供依據。

1配電網的發展以及現狀

我國傳統的主要用電形式是單向的“發電-配電-用電”形式，常見的配電模式有幾種，分別是不同母線環式模式、單電源輻射模式、不同母線的三回饋線的環式。在我國配電網的構架中，仍大面積存在傳統的配電網模式，但其模式存在很多問題，隨著智能電網國家戰略的推行與實施，在配電網的控制策略和分布式電源優化規劃取得較好地研究成果，配電自動化水平得到較大提高。國外配電網技術也進行相應的改革，配電網由被動配電網向ADN發展，為了跟上世界先進技術的腳步，ADN將成為我國智能配電網研究的重要方向之一[1]。

1.1光伏發電接入配電網的方式以及特點

光伏發電接入配電網的方式有三種，具體如下：（1）配電網作為備用電源。配電網既能在光伏發電功率不足或者負荷較大時補充其功率，也能在功率過剩時注入富余電量，這種接入方法滿足了配電網的供需平衡。（2）光伏系統作為備用電源。光伏系統在配電網出現故障時投入運行，由光伏發電電容量和啟動時間確定其供電范圍與故障停電時間。其缺點是投資成本較高，受光照資源的制約，供電范圍不大。（3）光伏發電并網運行。在配電網主電源或者線路出現故障的情況下，原配電網能夠為部分負荷供電;由于光伏系統輸出功率不穩定，在配電網的支持下，降低供電可靠性影響[2]。

2光伏發電接入配電網的可靠性計算

2.2光伏電源的可靠性計算

光伏電源可靠性三狀態的概率由式（1）計算，Pn是光伏發電系統處于個狀態的概率，Tn是光伏發電處于各狀態的時間，T是統計時間，：

Pn=Tn/T（n=1，2，3） ?（1）

光伏輸出功率隨時間變化，將光伏發電連續工作時間分為多個間隔相同的時間段，根據其輸出功率和負荷需求因素選擇確定時間段，其輸出功率與孤島內負荷需求在確定時間段近似保持不變，如表1和表2，將兩者進行比較判定是否形成孤島，如形成孤島，就按形成條件分析可靠性，如不能形成孤島，則按沒有光伏電源對待;最后采取確定時間段的供電可靠性指標的平均值，計算出配電網的平均可靠性指標。

3光伏發電接入配電網的影響

3.1對配電網規劃的影響

電力預測在一定程度上提升了難度，同時提高配電網規劃的不確定性，降低設備的使用率和利用率，使配電網規劃適應性要求變得更高。

3.2對電網運營的影響

將電力輸送到各個用戶是電網的主要作用，對較長時期的潮流分布有很好的適應性，可同時兼顧供電的經濟性和可靠性，提升設備的使用率。對于電網潮流的分布情況，光伏發電的接入會有直接的影響，從而減輕一部分設備的負載，變低其利用率。

3.3對電網運行的影響

（1）將光伏電源與配電系統相接入，電網的電壓可以降低線路電壓的損耗以及提高系統節點電壓。（2）光伏電池在輸出電能時，電能的質量能夠通過逆變器最大功率點跟蹤已輸出的有功功率，以單位功率因數的形式向電網供電。對光伏并網的諧波產生影響的相關因素包括并網的控制方法、直流測電容的選取、逆變器開關的頻率、電容取值以及交流側濾波的電量等。同時，電網斷電時，光伏發電系統和周圍負載極有可能出現自給的供電孤島，這些供電孤島會影響區域內的供電頻率和電壓，降低電能的質量。（3）當對光伏電站上游進行保護時，都會出現逆流現象，逆流現象會導致繼電保護對上游和下游故障到達整定值時沒有選擇性。當光伏電站被接在保護的上游，保護的下游就會出現故障;光伏電站具有一定的助增效果，使保護范圍和靈敏度增加，當助增效果足夠大時，電流速斷保護能夠升入到與其相鄰的下一級線路，保護丟失選擇性;當光伏電站進行下游保護時，光伏電站下游會出現故障，為保護電流，流過量會變小，其保護范圍對于有限電流速度斷保護有可能達不到全線。（4）光伏發電接入電網后，系統暫態的穩定性與同等容量的同步機相比，電網的總功率頻率特性系數會影響頻率波動性，導致系統頻率出現失穩狀態。（5）由于饋線分開段開關不會移動，饋線和自動化開關間失去可協調性。饋線末端與光伏電源相接，持續的電流會影響分開段開關附近的接入點，導致失壓后不會分閘，故障點不能有效的分離和鑒別;重合器也出現誤動情況，饋線末端與分布式電源接入時，電流因故障的出現導致故障，重合器也出現誤動現象;光伏電容較大時或者出現故障，電源戶能較快脫離電網，會對傳統電網的自動故障監測和定位等不適應，導致短路容量小的系統[3]。

3光伏發電接入配電網的展望

3.1光伏儲能技術

光伏發電接入配電網具有不可控性、波動性和隨機性的特點，會影響配電網的安全和穩定，故引入儲能技術是很有必要的。充放電功能靈活的儲能設備能夠平衡和抑制功率波動情況，較好地削峰填谷和電能分配。儲能設備接入后，仿真分析可靠性模型和儲能充放電的特性，對比其接入點和不同容量，能夠看出接入配電網的最佳方式就是光伏儲能[4]。

3.2光伏發電接入交直流配電網

配電網接入大規模光伏，會給結構使用性帶來挑戰，研究發現直流配電網對潮流具有較好地控制能力，使其閉環運行，接入過程更加簡潔，電源裝置的復雜性也相應變小，只需要合理選擇母線電壓。

結語

綜上所述，中小型光伏發電接入配電網是我國電網未來大發展方向，其具有分布較廣，容量較小等特點，直接影響配電網的規劃、運行以及電網的整體運營，因此對光伏發電接入配電網的可靠性以及現狀、展望進行研究是很有必要的，研究人員應嚴格遵守相關規則，建立管理措施，促進我國電力事業的發展。

參考文獻：

[1]王鵬，陳旦，周霞.中國2017年度供電可靠性現狀分析與展望[J].中國電力，2018，51（8）：1-7.

[2]吳馳凱，唐可偉.太陽能光伏發電系統可靠性分析[J].中國設備工程，2018.1（6）：213-214.

[3]陶瓊，王德順，葉季蕾，等.考慮儲能配置模式的多數據源融合分布式光伏發電并網接納分析方法[J].高電壓技術，2018，44（4）：1093-1098.

[4]張鵬飛.光伏電站接入配電網對饋線繼電保護影響的研究[J].自動化應用，2018.1（1）：109-110.

[5]熊小萍，楊露，李寧，等.基于仿射最小路法的含分布式電源配電網可靠性分析[J].電力系統自動化，2017，41（17）：43-50.

（作者單位：上海正泰電源系統有限公司）