淺談分布式光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

張紅軍

摘要：作為一種近年來逐漸廣泛應(yīng)用起來的新型發(fā)電技術(shù)，分布式光伏電源接入到配電網(wǎng)會(huì)對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響，不僅影響到配電網(wǎng)的潮流分布，同時(shí)也會(huì)使其電能質(zhì)量獲得極大地提升。目前分布式光伏電源仍然處于發(fā)展階段，其在接入配電網(wǎng)后仍然存在較多的問題有待解決，因此必須明確光伏式電源對(duì)于接入配電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響。

關(guān)鍵詞：可再生能源;安全性;供電可靠性;

前言：

在全球資源消費(fèi)日益緊張、氣候變暖、生態(tài)環(huán)境惡化和人們環(huán)保意識(shí)日益增強(qiáng)的大環(huán)境下，光伏發(fā)電必將成為可再生能源領(lǐng)域的一支生力軍。進(jìn)入21世紀(jì)以來，中國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分迅猛，特別是2004年后，在歐洲市場(chǎng)的大力拉動(dòng)下，中國光伏產(chǎn)業(yè)更是得到了飛速發(fā)展，2007年中國已經(jīng)成為太陽能電池生產(chǎn)第一大國。

一、并網(wǎng)光伏電源根據(jù)

設(shè)計(jì)容量的大小，可以選擇35、10（20）kV和400V等多種電壓等級(jí)并網(wǎng)。實(shí)際運(yùn)行的并網(wǎng)光伏電源有一下特點(diǎn)：

1、現(xiàn)有主要光伏的并網(wǎng)逆變器的控制方式為電壓源電流控制，即輸入側(cè)為電壓源，輸出為電流源控制，通過控制輸出電流以跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓達(dá)到并網(wǎng)的目的。

2、為有效利用太陽能，并網(wǎng)逆變器輸出功率常見的控制策略為最大功率跟蹤控制（MPPT）

3、光伏發(fā)電輸出受天氣影響很大，尤其在多云天氣時(shí)發(fā)電功率會(huì)出現(xiàn)快速劇烈的變化。

4、由于光伏電站發(fā)電功率的快速隨機(jī)波動(dòng)特性，當(dāng)大容量并網(wǎng)時(shí)等效負(fù)荷峰谷差增大的概率非常大，就需要常規(guī)發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用容量進(jìn)行功率調(diào)整補(bǔ)償，增加了常規(guī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電成本。

5、逆變器輸出輕載時(shí)，諧波會(huì)明顯增大。

6、并網(wǎng)逆變器的防孤島保護(hù)能與負(fù)荷狀況的相關(guān)性：由于現(xiàn)有的光伏電源容量相對(duì)于負(fù)荷比例小，市電消失后電壓、頻率會(huì)快速衰減，防孤島可以準(zhǔn)確檢測(cè);隨著光伏電源并網(wǎng)容量和數(shù)量不斷增加，會(huì)有多重類型的并網(wǎng)光伏逆變器接入同一并網(wǎng)點(diǎn)，導(dǎo)致互相干擾。當(dāng)出現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)荷基本平衡的情況時(shí)，防孤島檢測(cè)的時(shí)間會(huì)明顯增加，甚至可能出現(xiàn)檢測(cè)失敗。

二、潮流雙向流動(dòng)

與傳統(tǒng)輻射型配電網(wǎng)中單向潮流不同，光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入會(huì)導(dǎo)致線路中潮流的雙向流動(dòng)，尤其是在大規(guī)模光伏電源接入的情況下，光伏發(fā)電產(chǎn)生的剩余能量饋入大電網(wǎng)中，對(duì)原有保護(hù)設(shè)備之間的協(xié)調(diào)配合以及電壓調(diào)節(jié)器的動(dòng)作情況產(chǎn)生影響。

三、對(duì)系統(tǒng)電壓的影響

光伏發(fā)電輸出功率受環(huán)境因素影響較大，具有一定的不穩(wěn)定性，同時(shí)逆變器的使用會(huì)帶來一定的諧波電流。因此，大規(guī)模的光伏電源接入會(huì)對(duì)電能質(zhì)量中的諧波含量、三相電壓不平衡度、電壓波動(dòng)和閃變等產(chǎn)生較大的影響;而且配電網(wǎng)在接入光伏電源后，由于饋線上的傳輸功率減少，使沿饋線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓被抬高，可能導(dǎo)致一些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓偏移超標(biāo)，負(fù)荷點(diǎn)電壓被抬高的負(fù)荷與接入光伏電源的位置及總?cè)萘看笮∶芮邢嚓P(guān)。

四、對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的影響

在配電網(wǎng)絡(luò)中，短路保護(hù)一般采用過流保護(hù)加熔斷器保護(hù)的方式。對(duì)于光伏滲透率高的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)饋電線路上發(fā)生短路故障時(shí)，可能由于光伏電源提供絕大部分的短路電流而導(dǎo)致饋電線路無法檢測(cè)出短路故障。

五、對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行控制的影響

光伏發(fā)電的不確定性使電網(wǎng)短期負(fù)荷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性降低，增加了傳統(tǒng)發(fā)電和運(yùn)行計(jì)劃編制的難度，斷面交換功率的控制難度加大。光伏發(fā)電系統(tǒng)接入公共電網(wǎng)，使電網(wǎng)中的電源點(diǎn)數(shù)量顯著增加，且布點(diǎn)分散、單點(diǎn)規(guī)模小，大大增加了電源協(xié)調(diào)控制的難度。對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和營運(yùn)的影響。隨著越來越多的分布式電源接入配電網(wǎng)絡(luò)中，集中式發(fā)電所占比例將有所下降，電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和控制方式可能會(huì)發(fā)生很大的改變，這種改變帶來的挑戰(zhàn)和機(jī)遇要求電力網(wǎng)絡(luò)從設(shè)計(jì)、規(guī)劃、營運(yùn)和控制等方面進(jìn)行升級(jí)換代。

六、孤島效應(yīng)影響

若電力線路出現(xiàn)故障，或是因?yàn)樾枰ｋ娺M(jìn)行維修而導(dǎo)致斷電時(shí)，各個(gè)用戶端分布式光伏電源便可能同附近負(fù)載形成電力公司無法控制的供電孤島，即孤島效應(yīng)。伴隨著分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用范圍的持續(xù)擴(kuò)大，形成孤島效應(yīng)的幾率也隨之增加。孤島效應(yīng)的形成往往對(duì)用戶正常用電以及配電網(wǎng)形成如下負(fù)面影響：第一，存在孤島效應(yīng)的區(qū)域，無論是供電電壓還是供電頻率，均不穩(wěn)定。第二，供電恢復(fù)過程中，由于相位之間不同步，有可能導(dǎo)致電網(wǎng)受到?jīng)_擊。第三，光伏供電系統(tǒng)出現(xiàn)孤島現(xiàn)象之后，則用原有配電網(wǎng)之間相互分離。如果原供電模式為單相供電模式，便有可能使配電網(wǎng)發(fā)生三相負(fù)荷不對(duì)稱的問題，進(jìn)而降低其余用戶的用電整體質(zhì)量。第四，當(dāng)配電網(wǎng)切換至孤島方式，僅僅依靠光伏發(fā)電系統(tǒng)供應(yīng)電能，若該供電系統(tǒng)當(dāng)中部分并未安設(shè)儲(chǔ)能構(gòu)件或是儲(chǔ)能元件容量不足，均有可能令用戶的負(fù)荷出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定或是閃變的問題。

七、分布式光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響的具體對(duì)策

1、安裝安全自動(dòng)裝置

通常情況下，各個(gè)光伏電站的并網(wǎng)方式之間并不相同，彼此各有特點(diǎn)。究其原因，在于光伏電站受到電網(wǎng)架構(gòu)的影響。因此，建議企業(yè)按照各個(gè)光伏電站本身的特點(diǎn)，為電站裝設(shè)對(duì)應(yīng)的安全自動(dòng)裝置。安裝過程中，企業(yè)工作人員應(yīng)遵照如下基本原則：若情況較為緊急，建議工作人員自系統(tǒng)內(nèi)切除光伏電站，僅僅保留系統(tǒng)本身，以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及安全性，從而建立完善第三道防線。

2、選擇局部式光纖差動(dòng)保護(hù)

基于一般微機(jī)保護(hù)容易受到分布式光伏電站并網(wǎng)的干擾，且受到的干擾較為嚴(yán)重，建議企業(yè)在條件允許的前提下，應(yīng)用局部式光纖差動(dòng)保護(hù)作為應(yīng)對(duì)措施。如此一來，企業(yè)無需將光伏發(fā)電因陽光照射而受到限制納入考慮范圍當(dāng)中，同時(shí)也避免出現(xiàn)因助增電流而致使保護(hù)靈敏度降低等問題。

小結(jié)：

隨著光伏電源接入容量和數(shù)量的增加，現(xiàn)有并網(wǎng)逆變器的控制保護(hù)功能與技術(shù)將不能滿足輸配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要，會(huì)成為制約光伏電源并網(wǎng)的重要因素，因此有必要研究大規(guī)模并網(wǎng)光伏電源接入對(duì)輸配電網(wǎng)的影響。

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