太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力輸配網(wǎng)的問(wèn)題與對(duì)策建議

張琳

前言

近年來(lái)，光伏發(fā)電作為可持續(xù)能源替代方式得到迅猛發(fā)展，并得到廣泛應(yīng)用，但同時(shí)也存在一些問(wèn)題。本文在分析太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力輸配網(wǎng)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)對(duì)策建議。

一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，現(xiàn)代科技的發(fā)展，為太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用提供了全新的可能，我們有理由相信，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展，對(duì)人類(lèi)未來(lái)生活方式將會(huì)有著顛覆性的影響。二十世紀(jì)五十年代太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)出現(xiàn)之后，得到了世界各國(guó)的廣泛重視。而進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，隨著全球范圍內(nèi)的能讓能源供應(yīng)緊張，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)更是憑借自身清潔、可再生的特點(diǎn)而在全球范圍內(nèi)得到了大規(guī)模的應(yīng)用。當(dāng)前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電以大型光伏并網(wǎng)電站為主流發(fā)展方向，當(dāng)前其主要的應(yīng)用形式包括：邊遠(yuǎn)無(wú)電農(nóng)牧區(qū)的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)、通信和工業(yè)應(yīng)用、太陽(yáng)能應(yīng)用產(chǎn)品、與建筑結(jié)合的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及大型并網(wǎng)電站。

二、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電力輸配電網(wǎng)的影響

包括天氣在內(nèi)的諸多因素對(duì)于光伏發(fā)電系統(tǒng)都有著客觀(guān)的影響，導(dǎo)致發(fā)電量具有明顯的隨機(jī)性強(qiáng)、穩(wěn)定性差的特征。而光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)電力輸配電網(wǎng)也同樣具有一定的影響，具體來(lái)說(shuō)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（一）對(duì)配網(wǎng)潮流的影響 ?傳統(tǒng)配電網(wǎng)路潮流是以單向流動(dòng)為基礎(chǔ)的，同時(shí)在輸電過(guò)程中變電距離的增加將會(huì)光伏發(fā)電系統(tǒng)未接入電網(wǎng)時(shí)，配電網(wǎng)線(xiàn)路潮流是單向流動(dòng)并且隨著距變電站距離的增加單調(diào)減少有功潮流。而加入光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，系統(tǒng)潮流轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向潮流，而且以現(xiàn)有技術(shù)水平無(wú)法對(duì)流動(dòng)方向做出有效預(yù)測(cè)。這種情況下，光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)供電的時(shí)候，那么以該系統(tǒng)的空間位置關(guān)系為基礎(chǔ)，線(xiàn)路中的潮流增減情況不定。而光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電能超過(guò)現(xiàn)有符合的時(shí)候，線(xiàn)路中部分潮流可能是反向的。同時(shí)由于上文中所介紹的，光伏發(fā)電系統(tǒng)所提供的電能受到多種因素的共同影響而穩(wěn)定性較差，因此也同樣會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)潮流的隨機(jī)性增強(qiáng)，而這對(duì)于電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性顯然是非常不利的。

（二）對(duì)電力輸配電系統(tǒng)保護(hù)的影響 ?實(shí)際上，多光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后，將會(huì)極大的增加系統(tǒng)的短路電流，而這必然導(dǎo)致未經(jīng)更改的過(guò)流保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)作，同時(shí)這也同樣會(huì)對(duì)熔斷器的正常功能的發(fā)揮產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。與此同時(shí)，作為典型的輻射狀網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)在保護(hù)方面并沒(méi)有對(duì)方向性問(wèn)題給出充分的考慮，而接入光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，電網(wǎng)實(shí)際上已經(jīng)變成雙向網(wǎng)絡(luò)，這種情況下，潮流的流向所具有的不確定性必然無(wú)法被傳統(tǒng)的熔斷器和自動(dòng)重合閘裝置正確處理，必須以具有方向性設(shè)計(jì)的保護(hù)裝置替換傳統(tǒng)的保護(hù)裝置。

（三）對(duì)電能質(zhì)量的影響 ?光伏發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)電能質(zhì)量也同樣會(huì)有一定的影響，如造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)等。尤其是大型光伏發(fā)電設(shè)備在電網(wǎng)中的引入，必然導(dǎo)致大規(guī)模的諧波的產(chǎn)生，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量所造成的影響是客觀(guān)而深遠(yuǎn)的。

三、含光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力系統(tǒng)運(yùn)行情況分析與對(duì)策

（一）電能質(zhì)量分析

擾動(dòng)問(wèn)題是當(dāng)前光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)之后對(duì)電能質(zhì)量帶來(lái)的最大負(fù)面影響，無(wú)論是諧波電流還是電壓脈沖、電壓跌落，都對(duì)系統(tǒng)的整體電能質(zhì)量有著直接的影響。當(dāng)前階段，減少光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)是解決上述問(wèn)題的主要手段，也是克服光伏電源出力變化對(duì)電網(wǎng)電壓影響的有效途徑。而針對(duì)并網(wǎng)之后光伏發(fā)電機(jī)組所導(dǎo)致的諧波問(wèn)題，當(dāng)前技術(shù)水平下可在諧波電壓水平相對(duì)較高的母線(xiàn)上采用專(zhuān)業(yè)的濾波器進(jìn)行處理。同時(shí)，多功能逆變器控制策略在這一過(guò)程中的應(yīng)用，也同樣能夠取得一定的效果，對(duì)于電壓的波動(dòng)的平抑是有幾集意義的。

電能質(zhì)量監(jiān)控是當(dāng)前智能配電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的重要課題之一，也同樣是保證只能配電網(wǎng)順利運(yùn)行的基礎(chǔ)性技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行一步研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值，值得我們給予更多的關(guān)注和肯定。

（二）繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

如上文中所介紹的，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)之后，配電網(wǎng)將會(huì)成為一個(gè)典型的多電源系統(tǒng)，而系統(tǒng)中潮流也將表現(xiàn)出明顯的雙向流動(dòng)特征。而基于這一情況，我們必須以具有方向性設(shè)計(jì)的繼電保護(hù)裝置來(lái)為整個(gè)電路的繼電保護(hù)工作提供支持，傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置必須退出歷史舞臺(tái)，對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和安裝。

當(dāng)前，切源方案和孤島方案是解決上述問(wèn)題的兩個(gè)主要方案。其中，切源方案實(shí)際上是通過(guò)斷開(kāi)電網(wǎng)連接的所有光伏系統(tǒng)，而不考慮具體的故障因素的方式來(lái)還原傳統(tǒng)配電網(wǎng)的形式，利用傳統(tǒng)繼電保護(hù)方法來(lái)解決問(wèn)題。這種方法在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，雖然不要求增加新的繼電保護(hù)裝備，但是客觀(guān)上對(duì)電力系統(tǒng)的可靠性和反應(yīng)的及時(shí)性造成了嚴(yán)重的影響，不僅要對(duì)光伏系統(tǒng)切斷的先后順序進(jìn)行深入的分析，同樣也要對(duì)自動(dòng)合閘間隔內(nèi)的光伏系統(tǒng)速斷問(wèn)題給予充分的考慮。而孤島方案則主要是針對(duì)切源方案中出現(xiàn)的時(shí)限配合、速斷等問(wèn)題，單獨(dú)采用光伏發(fā)電系統(tǒng)供電，從而保證故障不會(huì)對(duì)正常的供電產(chǎn)生影響，對(duì)于減少故障中和檢修中的停電面積有一定的積極意義。

（三）優(yōu)化調(diào)度與協(xié)調(diào)運(yùn)行

區(qū)域內(nèi)符合需求的滿(mǎn)足是當(dāng)前光電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中的首要考慮問(wèn)題。而除此之外，對(duì)新型配電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)優(yōu)化電網(wǎng)內(nèi)電能的調(diào)度和運(yùn)行也有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。利用靈活的電力調(diào)度，能夠?yàn)槎喾N工況下的系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行提供必要的支持，從而保證電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行。

分布式電源滲透率在電網(wǎng)中的不斷提升，多樣式分布式光伏電源的接入已經(jīng)成為當(dāng)前階段電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中所必須重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，風(fēng)不是發(fā)電功能系統(tǒng)具有控制方法復(fù)雜、運(yùn)行方式多變等方面的特點(diǎn)，既可能存在易控電源，也可能存在如風(fēng)電、光伏發(fā)電之類(lèi)的難以控制的電源。而在對(duì)用戶(hù)電能需求充分考慮的同時(shí)，對(duì)于用戶(hù)冷、熱能的需求;微型網(wǎng)一方面要能夠順利的接入大型電網(wǎng)，同時(shí)也要保證自身的獨(dú)立性，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中，還必須具有運(yùn)行模式的無(wú)縫切換能力。除此之外，微網(wǎng)和大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的相互作用在當(dāng)前微網(wǎng)滲透率普遍較高的情況下必然對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性造成一定的影響，如何解決這一問(wèn)題，是我們必須重點(diǎn)思考的。當(dāng)前，微網(wǎng)和大電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中的相互影響機(jī)理，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外分布式發(fā)電功能系統(tǒng)研究中的重點(diǎn)課題。

四、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，現(xiàn)代科技的發(fā)展，為太陽(yáng)能的大規(guī)模應(yīng)用提供了全新的可能，我們有理由相信，太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的發(fā)展，對(duì)人類(lèi)未來(lái)生活方式將會(huì)有著顛覆性的影響。而當(dāng)前太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力輸配網(wǎng)已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)，這種情況下，我們必須通過(guò)切實(shí)的科研努力來(lái)解決兩者之間的相互影響問(wèn)題，最大限度的提升電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。