光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響分析

王金山

（山西五環(huán)電力建設(shè)有限公司，山西 太原 030006）

0 引 言

中國新能源的發(fā)展速度極快，千萬級的風(fēng)電基地建設(shè)速度迅速，體現(xiàn)出了集中化、分布式的開發(fā)特點(diǎn)，同時(shí)其他形式的發(fā)電建設(shè)也在極快普及，光伏發(fā)電等產(chǎn)業(yè)可能會呈現(xiàn)爆發(fā)式成長。用戶的電能使用正在不斷改善與優(yōu)化，太陽能發(fā)電技術(shù)正在逐步開展，光伏發(fā)電的普及率越來越高。同時(shí)，電網(wǎng)對智能化的要求越來越大，用戶信息和電網(wǎng)信息需要通過光伏發(fā)電的手段進(jìn)行處理。國家能源局于2017年2月正式發(fā)文，要進(jìn)行分布式的能源改造，從政策導(dǎo)向上進(jìn)一步確立了分布式能源和智能電網(wǎng)的地位與發(fā)展方向。智能電網(wǎng)是中國電網(wǎng)發(fā)展的內(nèi)在需求?？梢哉f，智能電網(wǎng)未來發(fā)展的趨勢不會改變[1]。這些年來，很多高新技術(shù)不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化等技術(shù)在電網(wǎng)中得到了廣泛推廣。同時(shí)，在傳統(tǒng)電力技術(shù)的作用下，光伏電網(wǎng)的智能化管理水平越來越高，光伏電網(wǎng)依靠傳感器、控制器等實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制與操作，同時(shí)可以進(jìn)行智能化分析和調(diào)度，維護(hù)故障。此外，分布式并網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)也為電力行業(yè)的電能來源提供了相關(guān)保障，而通信技術(shù)使得用戶信息采集與管理越來越方便，可以使電網(wǎng)的使用更加方便?？梢?，這些創(chuàng)新技術(shù)使得光伏電網(wǎng)越來越成為傳統(tǒng)電力行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。

1 光伏并網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 光伏并網(wǎng)原理

光伏發(fā)電主要依靠光伏傳感器等組件使得太陽能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行電力供應(yīng)，然后把電能輸入到配電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。光伏發(fā)電系統(tǒng)一般包括光伏電池板、逆變器、蓄電池組等重要設(shè)備，如圖1所示。發(fā)電過程中，光伏電池板把光能轉(zhuǎn)換為電能，然后經(jīng)過逆變變成交流電輸出，使得其可以與配電網(wǎng)相適應(yīng)。光伏發(fā)電站可以用分布式方式建立，使其可以有效調(diào)節(jié)現(xiàn)有的配電網(wǎng)，直接為用戶進(jìn)行電能供應(yīng)，也能進(jìn)行電能的存儲。

圖1 光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.2 光伏并網(wǎng)的工作特性

光伏發(fā)電利用太陽光進(jìn)行發(fā)電，因此容易受到周圍環(huán)境的影響，如氣候、溫度、時(shí)間等。所以，在發(fā)電過程中，它具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。第一，光伏發(fā)電的效能波動(dòng)較為嚴(yán)重。光伏發(fā)電系統(tǒng)所處的狀態(tài)不同，就可能會使太陽的光照有效面積不同。晴天光照比較充足，但在陰天就沒有足夠的光照能夠支持發(fā)電，使得發(fā)電效率波動(dòng)性較大，無法獲得持久的能源供應(yīng)。第二，輸出功率中無功功率較少而有功功率較多，很大一部分光伏發(fā)電系統(tǒng)利用逆變器的方式進(jìn)行逆變輸出，通過對輸出電流的跟蹤實(shí)現(xiàn)電壓的并網(wǎng)。這個(gè)過程中，有功功率過大，無功功率較小，因此對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力較差。第三，光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)還沒有完全走向成熟，在整個(gè)發(fā)展過程中監(jiān)測能力較差，出現(xiàn)故障時(shí)無法有效對其進(jìn)行解列，因此可能會造成較大規(guī)模的電網(wǎng)故障，從而造成較大損失[2]。

2 光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響分析

2.1 對繼電保護(hù)的影響

我國的配電網(wǎng)大部分是星型結(jié)構(gòu)，如果將光伏發(fā)電系統(tǒng)直接進(jìn)行并網(wǎng)，可能會使電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，繼電保護(hù)出現(xiàn)故障。光伏發(fā)電對繼電保護(hù)的影響主要包括以下三大方面。第一，使得三段式過流保護(hù)不能有效判斷故障電流，導(dǎo)致饋線動(dòng)作困難，產(chǎn)生誤動(dòng)或者拒動(dòng)的情況。第二，高壓熔斷器的保護(hù)會受到影響。高壓熔斷器只能對單個(gè)電源系統(tǒng)進(jìn)行工作，在發(fā)生故障時(shí)，由于光伏并網(wǎng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，無法對多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行同時(shí)保護(hù)。第三，可能會造成孤島效應(yīng)。在進(jìn)行光伏電站并網(wǎng)后，如果發(fā)生短路故障，就可能會使母線自動(dòng)切斷，使得其他負(fù)載受到牽連影響。

2.2 對電網(wǎng)通信管理的影響

智能電網(wǎng)是一個(gè)巨大的生態(tài)系統(tǒng)，每個(gè)部分對其中相關(guān)技術(shù)的發(fā)展都有極為重要的影響。比如，信息通訊技術(shù)、新能源等，對智能電網(wǎng)的電能運(yùn)輸與管理產(chǎn)生了極為重要的影響。光伏發(fā)電技術(shù)對電網(wǎng)的要求較高，在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，可能會要求整個(gè)電網(wǎng)通信更加通暢，通信速度更快，以實(shí)現(xiàn)更加高效的管理。全球范圍內(nèi)的光伏研究并沒有系統(tǒng)化，光伏發(fā)電系統(tǒng)需要各個(gè)方向?qū)＜业墓餐?。同時(shí)，通過智能電網(wǎng)對其進(jìn)行有效規(guī)劃，使得其可以通過無線通訊進(jìn)行控制。電網(wǎng)中的各個(gè)光伏模塊可以進(jìn)行獨(dú)立工作，也能夠?qū)崿F(xiàn)集中控制，使得電力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高效管控。因此，分布式的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)性增強(qiáng)是將來的一個(gè)重要研究方向[3]。

2.3 對電能質(zhì)量的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，可能會造成電流、電壓發(fā)生畸變。因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)一般需要通過電力電子轉(zhuǎn)換模塊對其進(jìn)行換流，但這樣可能會引起高次諧波電流，帶來諧波畸變，使得電網(wǎng)電壓有一定損失。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)的電容或者電感參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，就可能會使諧波更加嚴(yán)重，造成較為明顯的畸變，從而嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。

3 光伏并網(wǎng)不利影響的解決方案

3.1 加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電單元的建設(shè)

過去的電力系統(tǒng)主要采用發(fā)電機(jī)的功率調(diào)整來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，但在光伏并網(wǎng)中無法進(jìn)行，因?yàn)榉植际诫娫催^多，它對于環(huán)境的因素變化非常敏感。如果系統(tǒng)無法做到它們之間相互平衡，就可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的事故，引起電機(jī)燒毀或者大區(qū)域停電，給國民經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重?fù)p失。因此，需要光伏系統(tǒng)供電設(shè)備具有一定的電能儲存量。但是，如果電儲存量較大，不僅在技術(shù)上有難度，也會使整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行效率降低。最好的方法是采用一些分布式儲能元件存儲電能，隨時(shí)進(jìn)行放出，解決供需之間的不平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)資源的合理優(yōu)化調(diào)配。要有效控制儲能設(shè)備的充電時(shí)間和地點(diǎn)，結(jié)合不同儲能設(shè)備的充電參數(shù)，使得電網(wǎng)的運(yùn)行更加科學(xué)與有效。它可以根據(jù)儲能設(shè)備的充電信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從后臺對供電提供建議，從而達(dá)到節(jié)約能源、降低損耗的目的。圖2為分布式光伏發(fā)電單元實(shí)物圖。

圖2 分布式光伏發(fā)電單元

3.2 加強(qiáng)無功補(bǔ)償

按照國家對電網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定，要對光伏電站進(jìn)行無功功率補(bǔ)償。對于大型光伏電站，必須使用無功補(bǔ)償使得其對電網(wǎng)的運(yùn)行不會造成較為嚴(yán)重的影響。通過設(shè)定無功設(shè)備的容量參數(shù)，使得光伏發(fā)電站并網(wǎng)后可以與配電網(wǎng)迅速統(tǒng)一，有效實(shí)現(xiàn)電容和電抗等設(shè)備的協(xié)調(diào)性控制。同時(shí)，應(yīng)該加大科研投入，使光伏發(fā)電中的無功調(diào)節(jié)方案能夠更加優(yōu)化，區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)電壓更加穩(wěn)定，進(jìn)一步改善我國的電力系統(tǒng)配電質(zhì)量。

4 結(jié) 論

在光伏并網(wǎng)的自動(dòng)控制過程中，各種錯(cuò)誤數(shù)據(jù)需要認(rèn)真比對和分析，從而對其進(jìn)行評估。因此，工程師應(yīng)當(dāng)具有一定的建模能力，提升控制效率，能夠?qū)⑾鄳?yīng)工具在精確測量中應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的科學(xué)規(guī)劃與合理布局。光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)對電網(wǎng)的發(fā)展來說具有極為重要的意義，因此需要對其技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 于湛瑤.基于光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)保護(hù)的影響及對策[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2016，（22）：74，65.

[3] 張樂坤，蘇乃斌.光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)保護(hù)的影響及對策[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2015，（6）：253.