分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

劉 峰

(國網(wǎng)浙江臺(tái)州市路橋區(qū)供電有限公司，浙江 臺(tái)州 318050)

從我國開始工業(yè)革命以來，應(yīng)用傳統(tǒng)石化能源會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，加劇溫室效應(yīng)，因此人們更加關(guān)注新能源技術(shù)的應(yīng)用。光伏發(fā)電作為新能源發(fā)電技術(shù)中不可或缺的重要部分，在我國的發(fā)展極為迅猛，尤其是光伏發(fā)電技術(shù)。將分布式光伏網(wǎng)并網(wǎng)接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定影響，因此需要提高分布式光伏并網(wǎng)的應(yīng)用效果，從而提高配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

1 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電特征解析

在將分布式光伏接入到配電網(wǎng)之后，光伏列陣的輸出功率會(huì)受到多方面因素的影響，如太陽光的強(qiáng)度、溫度等因素。在運(yùn)行過程中，還會(huì)受到季節(jié)、天氣等自然條件的影響，會(huì)使系統(tǒng)的運(yùn)行不穩(wěn)定、不持續(xù)，最終發(fā)生嚴(yán)重的電壓波動(dòng)，對(duì)公共電網(wǎng)形成強(qiáng)大的沖擊力。使用逆變器，可以對(duì)分布式光伏并網(wǎng)頻率進(jìn)行良好控制。在逆變器中，包含電子器件，在運(yùn)行過程中會(huì)不斷生成諧波電流，可以加強(qiáng)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、提高效率。

2 分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

在配電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，分布式光伏電源的滲透率會(huì)不斷提升，分布式光伏并網(wǎng)會(huì)對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)造成一定影響，但也會(huì)提升電能的整體質(zhì)量。通常分布式光伏接入線路的末端位置，與終端的負(fù)荷電氣距離較近，可以使電能的功能更近，還可以使饋線中的傳輸功率降低，充分滿足無功補(bǔ)償要求，從而對(duì)接入部分的電壓起到良好的支撐[1]。將分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)與新能源共同接入到配電網(wǎng)中，可以形成電網(wǎng)互相支撐的良好狀態(tài)，增強(qiáng)電壓的穩(wěn)定性、減少系統(tǒng)擾動(dòng)、提升系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性。若出現(xiàn)自然災(zāi)害等情況，分布式光伏可以含有一定的供給負(fù)荷，從而可以使自身達(dá)到獨(dú)立運(yùn)行的狀態(tài)，加強(qiáng)負(fù)荷電力供給的可靠性。在配電網(wǎng)的末端位置，使用分布式光伏并網(wǎng)，可以不斷提升滲透率，從而將配電網(wǎng)系統(tǒng)中存在的光伏供電負(fù)荷不斷降低，避免配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全事故，降低電能質(zhì)量，還可以提升系統(tǒng)承載負(fù)荷的能力，減少發(fā)電設(shè)備的整體容量，從而提高電能的利用效率，為電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性提供保障。

3 分布式光伏并網(wǎng)接入配電網(wǎng)提升電能質(zhì)量的有效措施

為了將分布式光伏并網(wǎng)更加合理地接入配電網(wǎng)系統(tǒng)中，需要將分布式光伏系統(tǒng)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，可采用有功、無功的方式，之后設(shè)置實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)的控制方案。這樣可以將配電網(wǎng)自身存在的問題有效解決，如擾動(dòng)、大容量載荷、光伏輸出電能驟變?cè)斐呻妷嘿|(zhì)量降低等問題。接下來，將對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行控制方案進(jìn)行分析，以期在調(diào)節(jié)之后可以提升配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。

3.1 配電網(wǎng)中心控制層

(1)執(zhí)行配電網(wǎng)調(diào)度

在執(zhí)行配電網(wǎng)調(diào)度指令時(shí)，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)會(huì)對(duì)逆變器的輸出功率參考值進(jìn)行有效執(zhí)行。但其中存在波動(dòng)性與間歇性的特征，會(huì)影響光伏列陣整體的輸出功率，因此就會(huì)發(fā)生功率不匹配的現(xiàn)象，對(duì)調(diào)度指令與光伏電池的最大輸出功率造成影響。為解決該問題可以使用超級(jí)電容器儲(chǔ)能裝置，將這種情況進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，起到良好的抑制作用。

(2)低電壓穿越

配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，可能會(huì)出現(xiàn)超過10%的電壓偏差情況[2]，需對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓問題進(jìn)行緊急控制。將分布式光伏并網(wǎng)有功功率進(jìn)行容量消減處理之后，可以有效避免逆變器出現(xiàn)過流問題。若電壓偏差沒有超過10%，且含有1%UN配電網(wǎng)電壓出現(xiàn)降低情況，其中5%的分布式電源的有功功率就會(huì)出現(xiàn)下降?？梢詫?duì)分布式電源的有功功率進(jìn)行限制，通過最大的可用容量就可以對(duì)無供電進(jìn)行有效支撐。

(3)對(duì)儲(chǔ)能元件荷電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整

為了增強(qiáng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與可靠性，需要確保端電壓處于合理的工作范圍中，同時(shí)為了確保運(yùn)行的持續(xù)性，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行及時(shí)、有效的調(diào)整。若超級(jí)電容器的電壓過低，可以使用充電的方式確保端電壓獲得提升。若端電壓過高，就要將其中的電能放掉，避免超過標(biāo)準(zhǔn)值。因此可以使用恒功率的方式完成充電與放電操作，確保超級(jí)電容器中的能量形成良好的自我調(diào)節(jié)。

3.2 配電網(wǎng)的本地控制層

如圖1所示，在配電網(wǎng)的本地控制層中，需要加強(qiáng)超級(jí)電容器與逆變器之間的配合度，還需要對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效控制：(1)電網(wǎng)側(cè)結(jié)構(gòu)的控制，其中包括配電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)壓與調(diào)度；(2)逆變器結(jié)構(gòu)的控制；(3)對(duì)超級(jí)電容能量進(jìn)行調(diào)整與控制。做好這些才能確保分布式光伏配電網(wǎng)系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 本地控制層結(jié)構(gòu)圖

3.3 仿真解析

(1)配電網(wǎng)的調(diào)度模式

在對(duì)配電網(wǎng)調(diào)度模式進(jìn)行仿真驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，分布式光伏電源自身的直流母線電壓比較穩(wěn)定，在執(zhí)行配電網(wǎng)功率調(diào)度指令時(shí)，通過仿真驗(yàn)證可獲得良好電能運(yùn)行效果。在0.1～0.5 s范圍內(nèi)[3]，分布式光伏列陣的輸出功率會(huì)驟然提升。在0.2～0.4 s時(shí)，分布式光伏會(huì)將無功、有功的調(diào)度質(zhì)量進(jìn)行改變。由于超級(jí)電容器自身具備一定的協(xié)調(diào)性，可以確保分布式光伏的調(diào)度指令跟蹤狀態(tài)較為穩(wěn)定，還可以將其中的直流母線電壓控制在800 V，電壓不會(huì)出現(xiàn)過大的偏差，加強(qiáng)直流母線電壓運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此這種方式既可以增強(qiáng)功率在前饋環(huán)節(jié)中的反應(yīng)速度，還可以避免直流母線電壓出現(xiàn)過大的波動(dòng)。

(2)配電網(wǎng)的調(diào)頻模式

在對(duì)配電網(wǎng)的調(diào)頻模式進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)候，發(fā)現(xiàn)若出現(xiàn)電頻偏移的情況，分布式光伏電源就會(huì)立即與調(diào)頻過程相融，還可以增強(qiáng)直流母線電壓的運(yùn)行穩(wěn)定性。在系統(tǒng)運(yùn)行0.1～0.5 s之間，分布式光伏列陣的功率將突然提升，若頻率小于50.2 Hz，分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)功率自身就會(huì)成為光伏列陣的實(shí)際輸出功率。若配電網(wǎng)的頻率不斷提升，基于0.1 Hz 4%PM速率，將會(huì)使光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)功率參考值降低。若分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的輸出功率與參考值較高，通過對(duì)并網(wǎng)功率的分析，剩余的功率就會(huì)被超級(jí)電容器不斷吸收。分布式光伏列陣的整體輸出功率將會(huì)小于參考值，將其輸出功率進(jìn)行分析與處理之后就可以完成分布式光伏的并網(wǎng)。在對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)頻的過程中，可以將800 V電壓作為基礎(chǔ)要求，在將0.625%電壓偏差進(jìn)行有效控制之后，就可以增強(qiáng)直流母線電壓運(yùn)行過程的穩(wěn)定性與可靠性。

(3)低電壓穿越模式

在低電壓穿越模式中，對(duì)配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)配電網(wǎng)的電壓進(jìn)行調(diào)整，需要滿足直流母線電壓的多種要求。分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)行在0.1～0.5 s范圍之間的功率會(huì)突然提升，在0.3 s之前，會(huì)下降到0.8UN。若分布式光伏系統(tǒng)的電壓小于0.98UN，無功功率就會(huì)通過逆變器的作用被注入至電網(wǎng)中，充分滿足電壓的需求。若電壓小于0.95UN，就可以對(duì)分布式光伏并網(wǎng)的有功功率產(chǎn)生限制的作用，配電網(wǎng)電壓的下降幅度與有功功率消減程度呈正比，還會(huì)將最大的可用容量作為基礎(chǔ)，使逆變器成為無功電壓的主要支撐。在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行壓力調(diào)整的過程中，由于分布式光伏電源系統(tǒng)也在其中，可以將直流母線電壓控制在800 V，不會(huì)出現(xiàn)較大的偏差，從而將直流母線的電壓穩(wěn)定性能充分發(fā)揮。

(4)對(duì)超級(jí)電容器的荷電狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整

在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，若電壓沒有處于正常運(yùn)行范圍中，超級(jí)電容器就會(huì)使直流母線的電壓獲得穩(wěn)定，還可以將自身的能量進(jìn)行有效調(diào)整。若端電壓較低，可以使用充電的方式對(duì)仿真實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行調(diào)整，放電也是同樣的處理辦法。在光伏系統(tǒng)運(yùn)行到0.1～0.5 s時(shí)，光伏陣列的輸出功率會(huì)出現(xiàn)突然的提升，在0.7～1.1 s時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)輸出功率降低的現(xiàn)象，將恒功率60 kW作為基礎(chǔ)可以對(duì)超級(jí)電容器的充電過程進(jìn)行有效控制。在超級(jí)電容器的端電壓較低，可以將其調(diào)整在恒功率的充電過程中，就可以使系統(tǒng)的整體電壓趨于穩(wěn)定，不會(huì)超出電壓的標(biāo)準(zhǔn)范圍，還可以將電壓的穩(wěn)定能力充分發(fā)揮。

4 結(jié)束語

本文對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)，還設(shè)置出兩種層面的控制方案。通過仿真實(shí)驗(yàn)可以看出，文中描述的調(diào)整方案可以對(duì)分布式光伏并網(wǎng)的儲(chǔ)能元件能量狀態(tài)進(jìn)行有效調(diào)整，從而加強(qiáng)直流母線的電壓運(yùn)行穩(wěn)定性，增強(qiáng)配電網(wǎng)的電能質(zhì)量。