分布式電源光伏發電對低壓電網的影響及對策

李積梅

（湖南華晨工程設計咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

從歷史的角度來看，分布式電源缺少足夠的應用實踐，分布式電源功率集中在50 MW 之下。有些分布式電源甚至只有幾千瓦。分布式電源能夠充分協調環境關系，在單獨工作中解決用電需要。在大電網無法保障資源有效分配，用電緊張的時候，分布式電源能夠協調電能調配，保障配電系統足夠穩定、足夠安全。在現代社會背景下，供電系統有著很大的工作壓力。分布式電源能夠緩解這種現象，當然它的弊端也比較顯著，那就是會影響到低壓電網。分布式電源光伏發電系統充分利用光伏發電，能夠完成大電網電力能源的補充和調配。光伏發電（后文稱PV system）在電網系統中屬于分布式電源分支，利用蓄電池、逆變器、太陽能電池以及控制器存儲與轉換電能。PV system 有著實用性廣、能獨立運作、可靠性高、壽命長、無污染等優點。

1 分布式光伏發電并網要求

1.1 接入方式

不同于低壓電網以及大電網的是，分布式光伏發電在并網中需要將首要要求放在安全性上。要避免大電流和高電壓影響與破壞到分布式電源[1]。此時一般會用到變壓器處理過多的電流和電壓。要確保并網后系統能夠穩定輸送電能。假設并網電壓有著明顯差異，要做好光伏發電系統容量控制工作。低壓電網變壓器負責總負荷25%左右。此外，并網短路電流不可以超過整個系統1/10 的額定電流。參照國內某山區條件，分布式電源的裝機容量和電壓等級為：在容量 ≥5 kW 時電壓220 V；在容量為8～400 kW 時等級為380 V；在容量為400～6000 kW 時等級為10 kV；在容量≥6000 kW 時等級在10 kV 以上。

并網環節假設高低電壓的條件都能夠滿足接入要求，通常會優先選擇低電壓，減少并網負面影響和作用。

1.2 電能質量以及其他要求

我國對光伏發電的研究目前正處于發展階段，國內光伏發電的質量存在很大的不同。并網前需要重視評估工作。光伏發電電能評估指標包括很多，如變流器型號、并網方式、電源容量等都是考慮的對象。PV system 并網后電能可以為周圍地區提供充足電能。在諧波、電壓波動、閃變、電壓偏差中都要滿足國家 要求[2]。

此外，還要做好PV system 功率控制和電壓控制。低壓電網與電流通常十分穩定。功率變化遵循規律性特征。在進入并網環節后，為了保障系統質量、工作效益就需要確保PV system 能夠有效調節電壓和功率。例如，國內某山區的電力用戶、低壓電網用電情況決定了要確保10 kV 與35 kV 等級PV system 可以有效調節功率與電壓，要確保數值在可控范圍、工作上限。我國對此有明確的線性標準。并網后公共連接點電壓的偏差一定要滿足GB/T 12325—2008《電能質量供電電壓偏差》給出的規定[3]。假設并網接入點電壓為 35 kV 左右，那么接入點電壓變動需要控制在3.5 kV 甚至更低。假設并網電壓為20 kV 左右，則電壓變動需要控制在1.4 kV 或是更低。假設并網電壓為20 kV 以下，則電壓變動要低于1.2 kV。

2 分布式電源光伏發電對低壓電網的影響

2.1 系統概況

文本所研究的對象為國內某山區PV system 的并網點。通過對低壓電網影響要素分析，確定應對對策。分布式光伏發電系統的裝機容量為10 MW。交流電低壓電網接入點380 V。在筆者實際調查中得出，在PV system 介入電網以后對于該電網的影響十分突出。

2.2 電能質量影響

通過持續性觀察，能夠迅速發現，在低壓電網和PV system 并網之后，逆變器應用的高頻調制頻頻發生諧波現象。在PV system 和大電網一同工作時，儲蓄電能在電壓上能夠同步保持一致。當然會在持續工作以后引起諧波進一步放大現象。這種諧波通常真實存在。必須強調的是在PV system 中，系統能量為太陽。所以很多情況下人們做不到穩定性控制。雖然本次調查對象的山區有著充足的光照，但偶爾也會經歷多云、陰天和降雨這類現象。在陰天和降雨天氣作用下，PV system 無法保障自己的工作質量和效率，不穩定的發電能力會影響到電網運行。PV system 頻頻出現閃變和電壓波動現狀。此外，配網系統并網后同樣也會呈現出復雜性問題。此時需要做電能分配、傳輸、集中工作，而這一現象同樣也會讓電網工作面臨巨大壓力。

2.3 孤島效應

所謂的孤島效應說的是在PV system 在進行并網后時常會遇到的問題。該系統作業和大電網屬于對立關系，只有極少數條件為緊密關聯關系。如果大電網陷入故障以及停電，那么PV system 如果沒有充分了解具體情況，而是直接為電網供電就很有可能浪費大量電能，使得維護人員、電網檢修人員受傷。此外，在PV system 陷入故障以后，并網運行中，大電網電能同樣也有一定概率會進入到PV system。該現象一般發生在電壓相同情況下。其結果就是PV system 陷入異常狀態。假設此時低壓電網受到了單相PV system 影響，就會出現三相負荷欠相供電問題[4]。本次研究對象為單相PV system，因此同樣需要考慮這一風險。

3 問題應對辦法

3.1 電能質量問題解決辦法

事實上，不論是應用什么手段通常也無法徹底解除PV system 對于電能質量造成的負面影響。但在實踐中卻可以應用各種各樣的應對措施。例如，利用技術性手段盡可能降低影響級別。對于本次研究對象的問題解決，當地政府選擇統籌管理建設工作，具體分析項目條件和情況。規劃中要選擇合適的電能質量治理裝置，并將其與PV system 其中一端配置到一起，測試系統的功能和問題。并網前參照固定標準，要保障控制有效性超過60%。蓄電池容量方面，要確保其容量超過系統總發電容量，也就是能夠滿足16～32 h 的供電。在滿足各種基礎要求以后，為系統提供電能，保障輸電供電穩定性，在臨時條件下解決供電要求。

3.2 孤島效應問題解決辦法

孤島效應背景下需要發揮技術性檢測價值，利用各種合適的檢測手段了解電網工作態勢、狀態，隨后分析問題應對手段、解決辦法。孤島效應缺少規律性，因此提升作業效率的關鍵在于使用分布監控辦法。該方法的應用需要充分結合PV system 的情況和低壓電網并入點情況，合理安置設備。假設作業無法有序推進，并且不繼續供電，就要將這個信息快速發送回管理端，讓PV system 不繼續輸電。大容量蓄電池此時要發揮作用，保存與管理多余電能。在蓄電池容量滿了以后不繼續發電。設備偵知PV system 無法正常工作，就需要自行發出警報。此時的PV system 不會繼續接收各種電力資源，用該方法保護系統、保護電能資源。

3.3 模擬實驗

為了更好的檢驗與掌握實際情況，需要用模擬實驗的辦法研究與討論PV system 在并網以后的實際狀況。參照計算機條件和能力，打造模擬系統，分析工作狀態、工作狀況。利用電能治理技術控制質量，發揮智能技術和檢測手段作用。實踐中需要模擬計算機的運作參數、數據情況。檢驗的動態指標包括PV system 工作異常、低壓電網工作異常、天氣狀況。假設無法正常運行就會第一時間發出警報。警報會通知與傳達每一處設備，滿足電網工作要求。實驗數據如表1 所示。

表1 實驗結果

本次實驗做了60 次重復測試，從結果看到的是諧波能夠得到很好的處理。在遇到問題時每一處設備都能夠第一時間給出警報，并且僅僅用了1.3 s，能夠滿足電網硬性需求，沒有發生任何危險事故，體現了該措施的重要性和價值。

4 結 論

本文以分布式電源孤島效應與電能質量影響為對象，分析了問題應對辦法。首先是要做好系統建設前的規劃工作，保障質量控制效果。其次是用各種檢測措施分析與應對孤島效應。在綜合評價和模擬實驗中驗證了可行性，可推廣到實際。