分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響分析

華能（蘇州工業(yè)園區(qū)）發(fā)電有限責任公司 賈 環(huán)

煤炭作為不可再生能源，且其燃燒可對環(huán)境造成一定程度的破壞。但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不一樣。分布式光伏發(fā)電節(jié)約能源，減少煤炭資源的使用，同時對環(huán)境不造成污染、沒有噪聲，不需要燃料，符合當前經(jīng)濟發(fā)展的新局面[1]。但分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)會造成多種影響，例如對其電網(wǎng)質(zhì)量可能會引起諧波畸變、電壓不穩(wěn)定等問題。則需要針對具體問題采取相應的解決方案，以保證輸電電網(wǎng)可以正常、安全、高效的運行。

1 分布式光伏發(fā)電的背景

太陽能作為一種可持續(xù)且無污染的資源，利用其發(fā)電可以滿足當代國家的發(fā)展需求，也可以減少對煤炭資源的使用，從而起到保護環(huán)境的作用。分布式光伏發(fā)電的當前背景如下：

1.1 社會背景

大量煤炭資源的燃燒，在短期時間內(nèi)雖對環(huán)境未造成多大破壞。但從長期效益上來看，這是一種不可取的方法。而且煤炭資源是不可再生資源，應當更加合理的利用。為了滿足當前時代對于環(huán)境保護的迫切心情，清潔能源的需求在逐步增大。分布式光伏發(fā)電具有一定的社會支持，同時可以保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟效益以及社會效益的統(tǒng)一。可見分布式光伏發(fā)電應用電網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿^大[2]。電網(wǎng)中接入大量的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在運行方式上會發(fā)生很大改變，在實際的操作過程中，各種安全問題就會成為分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的主要影響因素。

1.2 自我背景

分布式光伏發(fā)電利用太陽能進行發(fā)電，對于多余的電能可以轉(zhuǎn)化為各種形式的能源供用戶使用。為了分布式光伏發(fā)電得到有效利用，在使用發(fā)電系統(tǒng)組件產(chǎn)生的直流電之后，將繼續(xù)轉(zhuǎn)換為交流電進行二次使用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不產(chǎn)生噪聲、沒有空氣污染、不排放廢水、不需要燃料，最關鍵的是太陽能電池的使用壽命長，有太陽就可以發(fā)電，滿足當前經(jīng)濟發(fā)展的需求。在我國政府的大力支持以及國家的對應幫助下，分布式光伏發(fā)電快速發(fā)展，具有較大潛力。但是，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模比較小，若大量接入，將會對當前的配電網(wǎng)產(chǎn)生明顯影響。隨著配電網(wǎng)中接入的分布式光伏發(fā)電數(shù)量以及容量達到一定限度時，便會對配電網(wǎng)中各個方面造成相對應的影響。

2 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，會造成多方面的影響。接下來將從配電網(wǎng)電能質(zhì)量、配電網(wǎng)的規(guī)劃、配電網(wǎng)的運行安全問題以及對配電網(wǎng)的繼電保護方面分析對其產(chǎn)生的影響。

2.1 對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1.1 諧波畸變

分布式光伏發(fā)電采用的是電力電子轉(zhuǎn)換器，諧波電流就會因此引入到配電網(wǎng)中，導致光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓發(fā)生畸變。其影響發(fā)生畸變電壓的大小取決于光伏發(fā)電使用的電力電子轉(zhuǎn)換器的技術以及配置。同時，分布式光伏發(fā)電中配電網(wǎng)以及電抗的電容極容易引起諧振，從而將諧波畸變放大。

2.1.2 改變潮流方向

分布式光伏發(fā)電的接入位置和容量會影響配電網(wǎng)的電壓分布。分布式光伏發(fā)電的容量越大，其輸出的功率越高，接入的饋線節(jié)點電壓上升的就越快，容易發(fā)生潮流導向，接入點處造成光伏配電系統(tǒng)電壓的極大值。

2.1.3 電壓波動和閃變

由于分布式光伏發(fā)電以太陽能作為主要能源，這使其受到太陽輻射、地理環(huán)境、溫度等多種相關因素的影響，導致光伏發(fā)電輸出的功率上下波動，具有不穩(wěn)定性。而發(fā)電功率的不穩(wěn)定波動會引起電力配電系統(tǒng)的電壓波動，最終導致閃變。

2.2 對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

根據(jù)分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)電能質(zhì)量中電壓波動和閃變可知，分布式發(fā)電的電量具有不穩(wěn)定性。為了以備不時之需，需要更大的電網(wǎng)作為備用。所以采用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并不能減少建設和改造配電網(wǎng)的費用要求，同時，投資配電網(wǎng)建設改造的多少、以及系統(tǒng)網(wǎng)損的大小直接與光伏發(fā)電的效益相連[3]。采用分布式光伏發(fā)電后，配電網(wǎng)結(jié)構將從原來的單電源輻射狀，轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹蕉嚯娫垂慕Y(jié)構。對于大量分布式多電源配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)設計方法已經(jīng)被淘汰，需要研究新型的計算分析和規(guī)劃設計的方法供其使用。分布式光伏電源的大量使用可以減少一定的建設投資，用戶也可以根據(jù)實際情況安裝分布式光伏發(fā)電電源但實際地理位置若是不合理，或發(fā)生一些其他不可知事件，可能會導致配電網(wǎng)的網(wǎng)損增加，可靠性降低，也很難精確的對電力負荷的增長以及空間符合的分布情況進行預測。

2.3 對配電網(wǎng)繼電保護的影響

2.3.1 對三段式過流保護的影響

在配電網(wǎng)發(fā)生故障時，分布式光伏發(fā)電的電源會產(chǎn)生故障電流。其產(chǎn)生與分布的地理位置、容量以及與其串聯(lián)的電抗值相關。同時影響了電網(wǎng)線路中保護對故障電流的判斷以及線路保護的靈敏性，可能會導致線路瞬間失去保護而誤動作。這就使故障發(fā)生具體位置不能進行準確定位，也不能及時保護電網(wǎng)的輸電線路。

2.3.2 對高壓熔斷器保護的影響

分布式光伏發(fā)電電源的接入改變了配電網(wǎng)之前的系統(tǒng)，變成了多端電源為用戶提供電量的系統(tǒng)。這一改變影響了熔斷保護，使得熔斷器不能選擇性地斷開發(fā)生故障的電路。從而對配電網(wǎng)中相關輸電線路造成一定影響。

2.3.3 對距離保護的影響

距離保護在一些重要的輸電線路中，是一個不可缺少的常用保護手段。分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，相當于在距離保護的上游部分增添了一個新的分支。這就導致配電網(wǎng)中的輸電線路縮小對其余線路的距離保護范圍。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中大多采用單電源和輻射狀的網(wǎng)絡結(jié)構，分布式光伏發(fā)電打破了這種結(jié)構，改變?yōu)榉稚⑹降亩鄠€電源供電的網(wǎng)絡結(jié)構。在傳統(tǒng)的輸電線網(wǎng)中，潮流是單向流動的，并且故障的發(fā)生大都是瞬時間發(fā)生的。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護系統(tǒng)主要是根據(jù)繼電保護的選擇性，結(jié)合可靠性的原則，通過不同斷路器與熔斷器等等之間的共同配合，來實現(xiàn)對整個配電網(wǎng)的保護。而分布式光伏發(fā)電采用接入饋線的方式進行配網(wǎng)自動化，當某一未知部分發(fā)生故障時，該部分的主電源測端點和與分布式光伏電源連接的斷電都會流過分布式光伏電源提供的短路電流[4]。所以，對于傳統(tǒng)的故障定位原理而言，分布式光伏發(fā)電在并網(wǎng)的時候就很難應用。

2.4 對配電網(wǎng)運行安全的影響

2.4.1 對計量安全的影響

分布式光伏發(fā)電采用新的系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，并在客戶端安裝了特殊的計量表。這可能會導致用戶出現(xiàn)偷竊電量的可能，從而直接影響到計量電量的準確性以及配電網(wǎng)的安全問題。其中，一些不法分子可以利用并接電流和改接的方式竊電，導致電能表失靈，不能準確地讀取用戶使用的電量，最終會對電量的統(tǒng)計數(shù)值造成實際影響。在交流電輸電過程中，如果出現(xiàn)負載的功率高于供電系統(tǒng)提供的功率，便會將用戶用電和光伏電源進行交融。不法分子主要是通過線路改接來提高計量表所示的電流數(shù)值，偽造電量獲取政府高額的電量補貼等等。這是一種犯法的行為，同時也會對國家電網(wǎng)的安全造成一定程度上的威脅。

2.4.2 對檢修安全的影響

在多數(shù)情況下，分布式光伏發(fā)電采用的是用戶側(cè)并網(wǎng)。若在符合與處理平衡的時候，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)便會出現(xiàn)孤島運行問題。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過一個斷路器并入配電網(wǎng)，當系統(tǒng)發(fā)生故障時保護動作會迅速斷開另一個斷路器，但此時對應的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個斷路器，沒有在一定時間范圍之間斷開，便會形成孤島問題。如果在發(fā)生了孤島問題的情況下，輸電系統(tǒng)仍然向部分用戶提供電量，就會對其人身安全造成影響。在對發(fā)生故障的電路進行檢修時，檢修人員可能會因為一些較為細節(jié)的小故障未及時得到解決，發(fā)生不可預料的事故。

2.4.3 對網(wǎng)損的影響

DG 的容量、位置、負荷量的大小和網(wǎng)絡拓撲結(jié)構等因素都會對分布式光伏發(fā)電的網(wǎng)損造成影響。在負荷附近接入DG，當該點處的DG 發(fā)電量都小于配網(wǎng)點中全部負荷節(jié)點的負荷量時，配電網(wǎng)中所有的輸電線路的損耗會減小；反之，當配電網(wǎng)中只要出現(xiàn)一個節(jié)點處的負荷電量小于該點處的DG 發(fā)電量時，就會導致處于配電網(wǎng)中的某些輸電線路損耗增加，但是對于總體輸電線路的損耗來說，它的損耗是變小的[5]。

2.4.4 對配電網(wǎng)電壓的影響

分布式光伏電壓并入配電網(wǎng)時，輸電線路的電壓會升高，若進一步升高，可能會出現(xiàn)電壓越界的問題。在太陽能光照不足時，就會出現(xiàn)電源功率較低的情況，嚴重時會停止運行。

3 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)影響的應對措施

3.1 對配電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的的解決措施

有關配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響涉及到三個方面，分別是：諧波畸變、改變潮流方向以及電壓波動和閃變問題。為解決這些問題，需要抑制這三個方面帶來的影響。首先，為防止諧波畸變，可以將逆變器并聯(lián)在一起再運行，這樣可以提高直流側(cè)的容量，提高配電網(wǎng)的發(fā)電功率，有效地降低諧波畸變帶來的影響。另一種方法是采用一種叫做有源濾波的技術。它是通過有無功率的共同配合、控制來降低影響的。此外，為了降低電壓波動和閃變帶來的影響，可以將分布式發(fā)電的無功補償和有無功輸出控制進行結(jié)合，并且進行無功調(diào)節(jié)，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，從而達到降低電壓波動和閃變影響的效果。分布式光伏發(fā)電的電壓具有波動性，可限制其發(fā)電的容量，來提高分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的調(diào)節(jié)能力，將電壓穩(wěn)定在較小的范圍內(nèi)。

3.2 提高技術，更新設備

在對原來的技術參數(shù)、控制特性等研究問題的前提下，需要對光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量、網(wǎng)損、計量以及應用規(guī)模等多個方面進行深入研究。提高相關技術人員的技術水平，更新分布式光伏發(fā)電使用的設施，可以進一步確保電網(wǎng)的準確性，讓電網(wǎng)可以正常運行。

3.3 對配電網(wǎng)繼電保護影響的解決措施

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)之后，保護重合閘存在故障的地方會出現(xiàn)其電弧持續(xù)時間變長的問題。為解決這一問題，可以將重合閘的時延適當?shù)剡M行延長處理。光伏發(fā)電測重合閘繼電器應檢同期，同時系統(tǒng)測應檢線路應該是沒有電壓的，這是為了避免發(fā)生非同期合閘的安全問題。在實際應用過程中，用戶可以根據(jù)自己需求來選擇接入發(fā)電電源的數(shù)量。但以保安全，當分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)的容量超出了其所能承受的范圍時，需要對保護的靈敏性進行校驗，還要在電流保護的地方安裝方向繼電器。

3.4 降低網(wǎng)損的措施

網(wǎng)損主要與DG 的容量、位置、負荷量的大小等等因素有關。因此對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的位置進行合理的規(guī)劃，科學的計算并分布電網(wǎng)并網(wǎng)的容量，可有效降低網(wǎng)損。分布式光伏發(fā)電具有容量小，數(shù)量多的特點。小容量的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)時，光伏接入點的距離母線的距離與網(wǎng)損成反比。所以實際運行過程中，盡可能的保證在輸電線路的末尾處，分布式光伏發(fā)電的設備所接入的容量小于負荷功率需求，此時光伏接入的容量越多，網(wǎng)損就越小。因此，可通過控制其來降低網(wǎng)損的大小。

綜上，分布式光伏發(fā)電對太陽能進行有效利用，不燃燒煤炭，且不污染環(huán)境，符合當前經(jīng)濟的需求。但將分布式光伏發(fā)電的電源接入配電網(wǎng)之后，對電能質(zhì)量、繼電保護等方面均會產(chǎn)生一系列的影響。需要專業(yè)的技術人員掌握更先進的相關知識，結(jié)合先進的機器設備，進行多次研究對并網(wǎng)位置、并網(wǎng)容量等因素進行合理規(guī)劃，保證中國電網(wǎng)可以安全運行。