淺析分布式光伏對配電網的影響

何德衛

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

分布式光伏發電通過安裝在住宅或商業建筑屋頂的發電模塊產生電能，并輸送到配電網中，具有自發自用、就地消納、干凈清潔等特點，可在一定程度上緩解部分缺電地區用電緊張的問題，也可緩解用電高峰時的供電壓力。但隨著分布式光伏發電規模的持續擴大，分布式光伏電能對電網的影響越來越不容忽視。研究分布式光伏發電并網對配電網的影響并提出相關解決措施對配電網安全穩定具有重要意義。

1 分布式光伏發展現狀

分布式電源作為一種自發自用的能源，可作為集中供電方式的補充。將配電網與分布式電源相結合，在一定程度上解決電力系統事故后電力供應的問題，節省電力建設投資，提高配電網調度靈活度以及滿足配電網對于供電可靠性的要求。

分布式電源安裝在用戶端，以太陽能、風能、生物質能等發電方式最為常見，單機裝機容量不超過6 MW 并且通常以10 kV 及以下電壓等級接入配電網。分布式電源建設成本小且清潔低碳，組網并網方式比較靈活，因此越來越廣泛地被應用到電力系統中。分布式光伏發電一般是安裝在住宅或商業建筑樓頂的光伏發電項目，具有自發自用、選址靈活、余量上網等特點與優勢，是我國大力發展的未來發電方式之一。

隨著國家密集出臺相關分布式光伏能源政策，分布式光伏能源逐年快速增長，截至2019年底全國分布式光伏總裝機容量達6453 萬kW，占光伏發電量總量超30%。圖1 為2014—2020 年分布式光伏發電累計裝機容量所占比重變化。

圖1 分布式光伏發電裝機容量占比

2 分布式光伏對配電網的影響

2.1 對電能質量的影響

分布式光伏電源并入配電網后對電能質量的影響通常體現在諧波污染、電壓波動等方面。分布式光伏發電產生的直流電須經過逆變器調制為交流電后才能并入配電網，但并網逆變器在高頻調制直流電過程中容易產生諧波，諧波經并聯輸出后放大，存在難以預測與治理的問題。此外，分布式光伏發電極易受天氣影響，輸出功率波動較大，并網后將對電網的電壓質量造成一定程度上的影響。隨著分布式光伏電源的大量接入，配電網系統的功能也隨之改變，由電能分配系統轉變為集電能收集、傳輸、分配于一體的信息配電網系統。

解決措施：分布式光伏發電項目在規劃階段應設計滿足IEC 61000-4-30 標準要求的電能質量在線監測裝置，在并網點安裝諧波抑制裝置，使得諧波電壓能夠滿足GB/T 14549—1993《電能質量公用電網諧波》的相關要求。

2.2 對配電網運行控制的影響

當大規模分布式光伏發電并網接入配電網時，光照強度的變化將導致分布式光伏發電輸出功率的大幅度波動，從而使得電網運行規劃人員難以精確預測負荷增長變化，影響電網調度以及光伏發電的有效利用。由于分布式光伏發電并網，傳統發電與運行計劃不再適用新型配電網，須考慮到光伏發電的不確定性，進一步準確預測配電網短期負荷。隨著分布式光伏發電裝機的規模持續擴張，配電網調峰、調頻的壓力也與之俱增。雖然分布式光伏發電可在電力系統事故后起到支撐作用，但光伏發電的調峰能力較差，并且隨著分布式光伏發電穿透功率的增加，電力系統內的峰谷差將進一步擴大。

大規模分布式光伏發電并入配電網將使得配電網的分布式電源系統呈現出多點、多地分散的特點。當多點、多地分散的分布式光伏電源及其他分布式電源同時并網時，傳統的無功調度與電源控制策略不再適用，若協調不好各分布式電源之間的運行計劃，那么將對電網調峰、電壓穩定以及頻率穩定帶來較大的影響，增大了配電網運行控制的難度。

解決措施：結合大數據與人工智能技術，研發分布式光伏發電功率預測技術；結合新型配電網模型與自動控制技術，研發分布式電源協調控制技術；智能化改造分布式光伏發電裝置，使其具備自身功率與電能質量可控性。

對于分布式光伏發電功率預測技術，可構建深度學習網絡或神經網絡進行訓練預測，訓練樣本為發電裝置裝設地的光照強度、環境溫度以及發電功率等數據。由于神經網絡具有強大的泛化性能，通常能夠提供具有參考價值的預測結果。對于分布式光伏發電功率波動較大的問題，可考慮為光伏發電裝置配備小型儲能裝置，可有效平抑輸出功率波動，并且能夠補償光伏發電功率預測時的誤差。在遵循分布式光伏發電等新能源優先調度的前提下，實現全配電網各電源的自動化發電控制，在保障配電網安全穩定運行的同時，又能夠最大程度的消納光伏出力，為電網公司雙碳目標的實現作出貢獻。

2.3 孤島效應

分布式光伏發電并入配電網后，可在配電網發生故障時支撐局部地區的供電。但當配電網發生故障解列時，由于分布式光伏發電裝置目前尚未有較好的檢測方法，光伏發電在配電網解列后仍然向配電網供電，此時就會造成孤島效應。分布式光伏發電對局部電網持續供電，但對于非計劃內的局部區域供電將會威脅到電網檢修人員的人身安全。此外，局部區域供電造成的孤島電網與配電網主網非同步重合閘將造成操作過電壓，對設備及電網的安全運行造成威脅。

解決措施：研發科學有效的電網孤島檢測方法，孤島效應的檢測技術可分為主動檢測方法、被動檢測方法以及故障信號監測方法3大類。

主動式孤島檢測方法通過并網逆變器輸出擾動功率實現，當電網發生故障時，逆變器輸出的擾動功率累積并觸發孤島效應檢測裝置，從而使得孤島能夠被精確檢測。當電網正常運行時，由于電網的平衡作用，并網逆變器輸出的具有一定頻率與相位的擾動功率將無法被檢測到。但主動式的孤島檢測方法將對電網的電能質量造成一定影響。

被動式孤島檢測方法通過檢測電網解列停電時并網逆變器輸出的電壓頻率、相位或諧波的變化來實現孤島效應檢測。但當分布式光伏輸出功率與孤島負載功率平衡時，被動式檢測方法無法檢測出孤島的存在。目前主流的孤島檢測方法是將被動式孤島檢測與主動式孤島檢測方法相結合。

故障信號監測方法主要通過電網側的監控裝置在配電網發生故障發送控制信號實現，分布式光伏發電裝置接收到控制信號時停止運行，及時切斷與電網的并聯運行。

3 結束語

本文在介紹分布式光伏發電發展現狀的基礎上，指出分布式光伏發電并網將對配電網產生三個方面的影響，分別為影響配電網電能質量、增加配電網運行控制難度以及產生孤島效應。并針對三種影響提出了相應的解決措施，保障配電網接入分布式光伏發電后的穩定與安全運行。