分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限的解決方案

劉鵬飛

摘要：現(xiàn)階段，中國(guó)電力行業(yè)處于高速發(fā)展階段，促進(jìn)了中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力系統(tǒng)中的科技含量越來越高，尤其是光伏發(fā)電技術(shù)，充分引入了太陽能，減少了電力運(yùn)行中的污染。作為一種新型的發(fā)電技術(shù)，光伏發(fā)電雖然屬于綠色能源，但是比較容易受到周邊環(huán)境影響。基于太陽能的發(fā)電主要包含兩種途徑，即在中高電壓路徑下接入輸電網(wǎng)和以低電壓線路為依托。在這兩種途徑下會(huì)出現(xiàn)電壓越限問題，對(duì)配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生影響。因此，研究分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及針對(duì)電壓越限的解決方案具有重要意義。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;影響因素;電壓波動(dòng);解決方案

引言

并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)相連接，將光伏系統(tǒng)所發(fā)電能向電網(wǎng)輸送，經(jīng)輸電、配電網(wǎng)絡(luò)分配給用戶。與獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：（1）光伏系統(tǒng)所發(fā)電能直接并入電網(wǎng)，節(jié)省了儲(chǔ)能設(shè)備;（2）并網(wǎng)發(fā)電能有效改善電網(wǎng)供電質(zhì)量、提高供電能力（3）并網(wǎng)光伏系統(tǒng)始終運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，提高了發(fā)電的效率;（4）并網(wǎng)光伏系統(tǒng)不僅能夠向電網(wǎng)注入有功功率，也可注入無功功率、諧波，能有效抑制電網(wǎng)諧波且補(bǔ)償一定無功功率。

1光伏發(fā)電對(duì)配網(wǎng)電壓影響的理論分析：

光伏發(fā)電的等效電路，當(dāng)光伏電源注入系統(tǒng)功率改變時(shí)，會(huì)使線路上的電流產(chǎn)生的變化。光伏電源對(duì)配電系統(tǒng)的電壓影響與3個(gè)因素有關(guān)：注入功率的變化、所并入系統(tǒng)的短路容量及分布式電源的功率因數(shù)。

光伏電池出功率輸出是不確定的，與天氣有很大關(guān)系，太陽能光伏發(fā)電的實(shí)際輸出功率隨光照強(qiáng)度的變化而變化，白天光照強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)，輸出功率最大，夜間幾乎無光照以后，輸出功率基本為零。并且是非線性的，這種幾乎完全依賴天氣條件的發(fā)電方式，使得光伏發(fā)電注入功率具有不確定性，這是造成配電系統(tǒng)電壓波動(dòng)的主要原因。

通過10（6）kV電壓等級(jí)接入公共電網(wǎng)的光伏發(fā)電站，其并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏差為相應(yīng)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的±7%。通過35kV～110kV電壓等級(jí)接入公共電網(wǎng)的光伏發(fā)電站，其并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏差為相應(yīng)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的-3%～+7%;事故后恢復(fù)電壓為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的±10%。通過220kV電壓等級(jí)接入公共電網(wǎng)的光伏發(fā)電站，其并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏差為相應(yīng)系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的0%～+10%;事故后恢復(fù)電壓為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的-5%～+10%。通過330kV及以上電壓等級(jí)接入公共電網(wǎng)的光伏發(fā)電站，正常運(yùn)行方式下，其并網(wǎng)點(diǎn)最高運(yùn)行電壓不得超過系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的+110%;為了更好的解決光伏并網(wǎng)后配電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定問題，我們將在下文詳細(xì)闡述解決方案。

2分布式光伏接入配電網(wǎng)電壓波動(dòng)解決方案

目前解決電網(wǎng)電壓偏差的主要方法有：接入點(diǎn)電抗器補(bǔ)償、定功率控制、利用儲(chǔ)能系統(tǒng)。下面將進(jìn)行詳細(xì)一一分析。

2.1接入點(diǎn)電抗器補(bǔ)償

分布式光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，采用無功補(bǔ)償與分布式光伏電源并網(wǎng)發(fā)電的復(fù)合式調(diào)節(jié)的控制技術(shù)，能夠有效改善配電網(wǎng)電壓分布。當(dāng)分布式光伏電源正常發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以根據(jù)配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)要求，通過分布式光伏電源與SVC（靜止無功補(bǔ)償裝置）補(bǔ)償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)來調(diào)壓。SVC可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功功率。

2.2定功率控制

現(xiàn)在太陽能的研究熱點(diǎn)是最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）控制，但對(duì)于電壓穩(wěn)定控制，并不需要光伏電池提供其最大輸出功率，而是希望光伏電池提供穩(wěn)定的輸出功率。光伏電池的功率取決于光伏陣列數(shù)量、光照、以及溫度，所以無法從控制外部條件來實(shí)現(xiàn)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率控制，但是可以通過加裝控制裝置實(shí)現(xiàn)定功率控制。下面對(duì)控制方法進(jìn)行詳細(xì)闡述：我們可以采用變步長(zhǎng)的直接功率反饋控制，這種控制方法是將實(shí)時(shí)的功率數(shù)據(jù)與所設(shè)置的輸出功率數(shù)值想比較，用此差值改變BUCK電路的占空比，以達(dá)到定功率控制的目的。

直流電源由PV電池板提供，然后通過BUCK降壓電路把電壓施加在輸出負(fù)載上，并實(shí)時(shí)采集負(fù)載兩端的電壓和電流，計(jì)算出實(shí)時(shí)功率，再經(jīng)過控制電路的控制算法改變BUCK電路的PWM占空比，從而將輸出功率控制在預(yù)設(shè)的數(shù)值上，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電壓的目的。

2.3安裝儲(chǔ)能裝置

利用儲(chǔ)能系統(tǒng)，光伏陣列保持最大功率輸出狀態(tài)，儲(chǔ)能裝置通過充放電維持系統(tǒng)功率的平衡，并且保持直流母線電壓的穩(wěn)定通過安裝儲(chǔ)能裝置吸收光伏發(fā)電多余電能，并在夜晚或陰雨天氣發(fā)出電能，解決光伏發(fā)電引起的電壓越限問題。

最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）裝置是保障光伏能源充分利用的必要控制環(huán)節(jié)，光伏電池陣列具有強(qiáng)烈的非線性特性，它的輸出直接受光照、溫度、負(fù)載等因素的影響，最大功率點(diǎn)跟蹤控制可以保證光伏電池陣列在任何條件下始終可以輸出相應(yīng)的最大功率，儲(chǔ)能系統(tǒng)是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、控制環(huán)節(jié)，它在光照良好發(fā)電充足時(shí)將部分電能儲(chǔ)存起來，再根據(jù)需要在適當(dāng)時(shí)候釋放這部分電能，起到穩(wěn)定光伏電源輸出和調(diào)節(jié)供用電平衡的作用。

定功率控制和安裝儲(chǔ)能裝置方式需要大量投資，經(jīng)濟(jì)效益差，作為企業(yè)來說經(jīng)濟(jì)效益是放在首位的，因此不予以考慮，所以考慮經(jīng)濟(jì)效益較好的接入電抗器進(jìn)行補(bǔ)償。一般選擇經(jīng)濟(jì)效益好的靜止無功補(bǔ)償器SVC。SVC安裝在線路合適的地點(diǎn)分為兩種情況：一種情況是SVC安裝在分布式光伏電源并網(wǎng)點(diǎn);另一種情況是SVC安裝在其他需要通過無功補(bǔ)償進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)（如線路末端等）。對(duì)于線路上已經(jīng)安裝了相應(yīng)的無功補(bǔ)償裝置，考慮在并網(wǎng)點(diǎn)處安裝。

結(jié)束語

總之，為了針對(duì)電壓越限問題提出科學(xué)、合理的解決措施，將分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限的解決方案作為主要研究?jī)?nèi)容，在對(duì)體系架構(gòu)、配電網(wǎng)電壓凸顯影響進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，從阻止電壓越限、構(gòu)建儲(chǔ)能發(fā)電體系等解決途徑方面展開系統(tǒng)的探究。研究結(jié)果表明，現(xiàn)階段中國(guó)配電網(wǎng)電壓會(huì)受到不同時(shí)段電壓、節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)架構(gòu)等的影響。在未來，還需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)解決電壓越限等問題措施的研究，以此促進(jìn)中國(guó)光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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