淺談分布式光伏并網對電網運行的影響

張紅軍

摘要：作為一種近年來逐漸廣泛應用起來的新型發電技術，分布式光伏電源接入到配電網會對傳統配電網產生巨大的影響，不僅影響到配電網的潮流分布，同時也會使其電能質量獲得極大地提升。目前分布式光伏電源仍然處于發展階段，其在接入配電網后仍然存在較多的問題有待解決，因此必須明確光伏式電源對于接入配電網對配電網的影響。

關鍵詞：可再生能源;安全性;供電可靠性;

前言：

在全球資源消費日益緊張、氣候變暖、生態環境惡化和人們環保意識日益增強的大環境下，光伏發電必將成為可再生能源領域的一支生力軍。進入21世紀以來，中國光伏產業的發展十分迅猛，特別是2004年后，在歐洲市場的大力拉動下，中國光伏產業更是得到了飛速發展，2007年中國已經成為太陽能電池生產第一大國。

一、并網光伏電源根據

設計容量的大小，可以選擇35、10（20）kV和400V等多種電壓等級并網。實際運行的并網光伏電源有一下特點：

1、現有主要光伏的并網逆變器的控制方式為電壓源電流控制，即輸入側為電壓源，輸出為電流源控制，通過控制輸出電流以跟蹤并網點電壓達到并網的目的。

2、為有效利用太陽能，并網逆變器輸出功率常見的控制策略為最大功率跟蹤控制（MPPT）

3、光伏發電輸出受天氣影響很大，尤其在多云天氣時發電功率會出現快速劇烈的變化。

4、由于光伏電站發電功率的快速隨機波動特性，當大容量并網時等效負荷峰谷差增大的概率非常大，就需要常規發電機組的旋轉備用容量進行功率調整補償，增加了常規發電機組的發電成本。

5、逆變器輸出輕載時，諧波會明顯增大。

6、并網逆變器的防孤島保護能與負荷狀況的相關性：由于現有的光伏電源容量相對于負荷比例小，市電消失后電壓、頻率會快速衰減，防孤島可以準確檢測;隨著光伏電源并網容量和數量不斷增加，會有多重類型的并網光伏逆變器接入同一并網點，導致互相干擾。當出現發電功率與負荷基本平衡的情況時，防孤島檢測的時間會明顯增加，甚至可能出現檢測失敗。

二、潮流雙向流動

與傳統輻射型配電網中單向潮流不同，光伏發電系統的接入會導致線路中潮流的雙向流動，尤其是在大規模光伏電源接入的情況下，光伏發電產生的剩余能量饋入大電網中，對原有保護設備之間的協調配合以及電壓調節器的動作情況產生影響。

三、對系統電壓的影響

光伏發電輸出功率受環境因素影響較大，具有一定的不穩定性，同時逆變器的使用會帶來一定的諧波電流。因此，大規模的光伏電源接入會對電能質量中的諧波含量、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變等產生較大的影響;而且配電網在接入光伏電源后，由于饋線上的傳輸功率減少，使沿饋線各負荷節點處的電壓被抬高，可能導致一些負荷節點的電壓偏移超標，負荷點電壓被抬高的負荷與接入光伏電源的位置及總容量大小密切相關。

四、對系統保護的影響

在配電網絡中，短路保護一般采用過流保護加熔斷器保護的方式。對于光伏滲透率高的網絡，當饋電線路上發生短路故障時，可能由于光伏電源提供絕大部分的短路電流而導致饋電線路無法檢測出短路故障。

五、對電網運行控制的影響

光伏發電的不確定性使電網短期負荷預測準確性降低，增加了傳統發電和運行計劃編制的難度，斷面交換功率的控制難度加大。光伏發電系統接入公共電網，使電網中的電源點數量顯著增加，且布點分散、單點規模小，大大增加了電源協調控制的難度。對配電網絡設計、規劃和營運的影響。隨著越來越多的分布式電源接入配電網絡中，集中式發電所占比例將有所下降，電力網絡的結構和控制方式可能會發生很大的改變，這種改變帶來的挑戰和機遇要求電力網絡從設計、規劃、營運和控制等方面進行升級換代。

六、孤島效應影響

若電力線路出現故障，或是因為需要停電進行維修而導致斷電時，各個用戶端分布式光伏電源便可能同附近負載形成電力公司無法控制的供電孤島，即孤島效應。伴隨著分布式光伏并網系統應用范圍的持續擴大，形成孤島效應的幾率也隨之增加。孤島效應的形成往往對用戶正常用電以及配電網形成如下負面影響：第一，存在孤島效應的區域，無論是供電電壓還是供電頻率，均不穩定。第二，供電恢復過程中，由于相位之間不同步，有可能導致電網受到沖擊。第三，光伏供電系統出現孤島現象之后，則用原有配電網之間相互分離。如果原供電模式為單相供電模式，便有可能使配電網發生三相負荷不對稱的問題，進而降低其余用戶的用電整體質量。第四，當配電網切換至孤島方式，僅僅依靠光伏發電系統供應電能，若該供電系統當中部分并未安設儲能構件或是儲能元件容量不足，均有可能令用戶的負荷出現電壓不穩定或是閃變的問題。

七、分布式光伏并網對配電網產生影響的具體對策

1、安裝安全自動裝置

通常情況下，各個光伏電站的并網方式之間并不相同，彼此各有特點。究其原因，在于光伏電站受到電網架構的影響。因此，建議企業按照各個光伏電站本身的特點，為電站裝設對應的安全自動裝置。安裝過程中，企業工作人員應遵照如下基本原則：若情況較為緊急，建議工作人員自系統內切除光伏電站，僅僅保留系統本身，以確保電力系統運行的穩定性以及安全性，從而建立完善第三道防線。

2、選擇局部式光纖差動保護

基于一般微機保護容易受到分布式光伏電站并網的干擾，且受到的干擾較為嚴重，建議企業在條件允許的前提下，應用局部式光纖差動保護作為應對措施。如此一來，企業無需將光伏發電因陽光照射而受到限制納入考慮范圍當中，同時也避免出現因助增電流而致使保護靈敏度降低等問題。

小結：

隨著光伏電源接入容量和數量的增加，現有并網逆變器的控制保護功能與技術將不能滿足輸配電網安全穩定運行的需要，會成為制約光伏電源并網的重要因素，因此有必要研究大規模并網光伏電源接入對輸配電網的影響。

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