分布式電源光伏發電對低壓電網的影響及路徑研究

張建功，馬陽陽

（國網河北省電力有限公司 滄州供電分公司，河北 滄州 061001）

0 引 言

隨著電力系統的發展和環保要求的不斷提高，分布式光伏發電項目受到了更多的關注。為更好地發揮其實際作用，滿足并網發電要求，結合低壓電網運行情況，針對光伏并網帶來的問題進行探討，以便更好地維持電力系統的控制水平。

1 分布式光伏發電概述

1.1 內 涵

分布式光伏指用戶在其所在區域或者附近建筑安裝的光伏發電設施，產生的電能由用戶自發自用，發電系統平衡調節為其基本特征。相較于大電網運行體系，分布式光伏發電站距離電力用戶更近，實現了電能的就近消納。依據并網特性和運行方式的差異性，分布式光伏發電系統主要包括離網型分布式光伏發電系統、多能互補微電網發電系統、并網光伏發電系統等[1]。

1.2 接入方式

在分布式光伏發電系統的并網處理工作中，為避免低壓電網電壓超標以及大電流對分布式電源產生影響，要依據實際情況選取適配的變壓器，并結合變壓器的電壓等級和裝機容量落實規范化接入方案，它們之間的關系如表1 所示。

與此同時，完成接入方案后，在并網處理工作中實現系統電能的常態化輸出。若高壓和低壓2 級均具備接入條件，則優先選取低壓等級接入，從而減少并網造成的影響[2]。

2 分布式光伏發電對低壓電網產生的影響

2.1 影響電能質量

結合分布式光伏發電情況和低壓電網運行狀態評估，系統與低壓電網并網后，逆變器采取高頻調制的方式完成發電工作，這就增加了諧波的產生概率。在大電網以及分布式光伏發電系統并行作業的情況下，盡管輸出電能在電壓參數方面維持一致，但是因為諧波增大造成電能質量不佳。與此同時，分布式光伏發電系統的主要能量源是太陽，在出現陰天、多云或者是降雨、降雪等天氣時，太陽能供給不足，使得分布式光伏發電系統的運行效率也會隨之大打折扣，增加了系統供能過程的不穩定性，必然會對并網狀態下的低壓電網電能輸出效果造成影響，甚至會出現強烈電壓波動甚至閃變問題。

另外，低壓電網中并入分布式光伏發電系統增加了運行結構的復雜性，使得電能的集中分配和傳輸過程均受到影響。低壓電網的電壓分布受分布式光伏發電系統接入位置以及容量等情況的影響，出現異常的潮流變化，增加了電網運行管理的壓力，也會直接制約電能質量效果。例如，容量增加使得輸入功率增大，接入饋線節點的電壓數值也會隨之升高。此時，潮流倒送等問題也會出現，使得接入點的低壓電網運行系統電壓值異常[3]。

2.2 形成孤島效應

在低壓電網運行過程中，分布式光伏發電系統的接入會引發孤島效應，模型如圖1 所示。

圖1 孤島效應模型

光伏發電系統可看作電流源，大電網可看作電壓源。正常工作時由于大電網的影響，光伏發電系統與大電網保持一致。而當電網因故障設備檢修等停止工作時，分布式光伏發電系統未及時獲取信息，就會以常態化的模式繼續向負荷供電。此時不僅會造成嚴重的電能浪費，還會對電網檢修以及維護管理工作的安全性造成影響，甚至會出現工作人員傷亡的問題。若分布式光伏發電系統在運行中出現異常，大電網在沒有及時獲取信息的情況下無法停止電能的供給，電能就會直接流入分布式光伏發電系統，往往會造成系統三相負荷的欠相供電[4]。

2.3 影響繼電保護

目前，我國低壓電網運行體系一般采取單電源或者放射性配電網絡應用模式，而在分布式光伏發電系統并入后，會對低壓電網的網絡拓撲結構產生影響，從而對繼電保護的靈敏度以及選擇性造成不同程度的影響。

第一，影響三段式過流保護動作。光伏發電電源在低壓電網發生故障后，由于分布位置、容量參數以及串聯電抗值等情況的作用，會產生對應的故障電流，而傳統的繼電保護裝置并未計及光伏發電系統的影響。因而保護動作的靈敏度不足，甚至會出現保護誤動或者拒動等問題。

第二，影響高壓熔斷器的運行過程。低壓電網并入分布式光伏發電系統后，會形成多端電源供電系統接入模式，此時熔斷器的保護作用無法實現全面覆蓋，只能完成電網系統斷開后故障支路的處理，降低了原有設備故障處理的選擇性優勢，也會對整體繼電保護效能產生制約作用[5]。

第三，影響距離保護。因為饋線本身具有特定的保護范圍，在分布式光伏發電接入配電網后，就會對饋線的保護范圍形成不同程度的影響，此時對應的保護范圍出現異常，導致保護段的實際保護效能受限。

2.4 增加低壓電網網絡損耗

將分布式光伏發電系統并入低壓電網也會對網絡損耗產生影響，接入低壓電網時，越接近末端，對應的損耗越大。當并網容量達到一定負荷時，會向配電網倒送功率，此時系統網絡損耗也會隨之增加。

3 低壓電網應對分布式光伏發電并網問題的措施

在全面分析分布式光伏發電特殊性后，要結合低壓電網運行管理要求和分布式光伏發電特點，落實更加可控的處理方案，確保并網后整體系統運行管理的基本水平，降低安全隱患概率，維持綜合控制工作的高效運轉。

3.1 提高電能質量

分布式光伏發電系統并網后，必然會對電能質量產生不同程度的影響，但是基于統籌控制管理的要求，可以采取相應的措施盡量降低影響的范圍和幅度，更好地維持整體電網參數控制的水平，實現可控化管理[6]。

首先，要從項目規劃階段落實項目分析工作，全面評估分布式光伏發電系統產生的影響，落實更加規范且可控的電能質量治理控制方案，確保分布式系統配置處理工作合理且有效，同時要在并網前進行相應的測試工作，保證光伏系統功能測試結果符合電能質量應用控制標準。以10 MW 裝機容量作為基準，諧波控制有效性參數要維持在60%以上，此時供電穩定性較好。

其次，要結合具體的應用要求選取適配設備。目前，大容量蓄電池的研究不斷增多，系統實現光電轉換并不是將電能直接輸送到低壓電網中，而是以蓄電池作為媒介，將電能輸送到蓄電池中進行存儲和控制，確保電能存儲的及時性和規范性，以便在系統故障或者不良天氣條件下依舊能處于良好的運行管理狀態，維持分布式光伏發電系統控制管理的穩定性。在蓄電池設置方面，容量要在16 ～32 h 發電總量以上，以便更好地維持臨時性輸電以及穩定性輸電的基本水平[7]。

最后，為更好地避免諧波畸變等問題對低壓電網運行質量產生影響，可借助相應的技術處理機制落實控制方案。一方面，借助逆變器并聯運行方式，提高直流側容量的同時，保證逆變器能在高效率工作區內優化發電功率，更好地減少諧波含量。另一方面，借助有源濾波技術方案，建立有功功率和無功功率綜合控制的模式，抵消產生的諧波分量，更好地維護整個低壓電網運行管理的基本水平。

3.2 處理孤島效應

為更好地避免孤島效應造成的不良影響，要從技術性檢測入手，確保相應的處理工序和應用技術流程合理有效，最大限度維護技術管理的效果。因為孤島效應很難進行規律的總結，所以要建立分布式監控約束機制，更好地維護總體作業的運行效率。在分布式光伏發電系統和低壓電網并網點設置相應的設備，以便能及時匯總電網實時性動態數據。當電網工作出現異?；蚬收蠒r，及時停止供電，并且將相關信息數據回傳到管理端，從而切斷分布式光伏發電系統的供電。與此同時，將剩余電量存儲在大容量蓄電池中，當蓄電池處于飽和狀態，則停止發電。設備能及時了解分布式光伏發電系統的變化，及時發送報警信息，最大限度上保證系統不會受到孤島效應的影響[8]。除此之外，針對三相負荷不平衡，可設置相應的自動調節裝置，建立有效的控制模式，如圖2 所示。

圖2 三相負荷不平衡自動調節裝置

3.3 整合繼電保護

若分布式光伏發電系統并網容量較大，則要對極端情況下保護的靈敏性予以校驗分析，并適當在電流保護裝置上安裝方向繼電器。與此同時，適當延長重合閘運行時限，有效減少非同期合閘產生的問題，維護系統運行管理的科學性。

3.4 避免網損

要對并網位置進行合理性規劃，確保并網容量分布的科學性和規范性，并著重控制低壓電網線路的功率方向，最大限度上減少線損對整體并網運行管理工作的影響，實現合理性并網。另外，將小容量分布式光伏發電裝置設置在線路末端。

4 結 論

要著重控制分布式光伏發電系統并網低壓電網過程，針對網損、孤島效應、電能質量、線路保護等予以綜合控制，打造更加科學的運行體系，為電力系統的安全和穩定發展奠定堅實基礎。