發(fā)展分布式光伏發(fā)電面臨的問題

鄭麗平，匡洪海，丁曉薇，汪寶

（湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，株洲 412007）

發(fā)展分布式光伏發(fā)電面臨的問題

鄭麗平，匡洪海，丁曉薇，汪寶

（湖南工業(yè)大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，株洲 412007）

在煤炭資源緊缺的時(shí)代，開發(fā)和利用環(huán)保、可再生資源是未來社會持續(xù)發(fā)展的基本要求。分布式光伏發(fā)電作為一種新型的能源，在未來它的發(fā)展前景光明。本文簡要概述了我國分布式光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問題，重點(diǎn)介紹了分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀。最后闡述了分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用前景，為分布式光伏電源并網(wǎng)提供了參考。

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)；并網(wǎng)；電力系統(tǒng)

0 引言

我國是世界最大能源生產(chǎn)國和消費(fèi)國，傳統(tǒng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)模式已難以適應(yīng)當(dāng)前形勢。在倡導(dǎo)建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的同時(shí)，推動(dòng)分布式能源革命勢在必行、刻不容緩。從太陽能發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)來看［1］，發(fā)展分布式光伏發(fā)電是節(jié)能減排的重要途徑之一。

我國有76%的國土光照充沛，光能資源分布較為均勻，全年輻射總量為 917～2333kWh/m2，理論總儲量為147×108GWh/a，資源優(yōu)勢明顯［2］。因此，分布式光伏發(fā)電［3］終將成為集中供電不可或缺的重要補(bǔ)充。

本文簡要概述我國分布式光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問題，介紹分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀。最后指出分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用前景。

1 我國分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)［4］，尤其是在我國光伏產(chǎn)品經(jīng)歷歐債危機(jī)和遭遇歐美的“雙反”之后，光伏產(chǎn)品在國外市場持續(xù)低迷。國家為了推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，出臺一系列支持、鼓勵(lì)太陽能光伏發(fā)電的政策。

2009年，我國啟動(dòng)了“金太陽”工程和光電建筑示范項(xiàng)目［5］，中國的分布式光伏發(fā)電得到了迅速推廣。

2015年11月，中電國際首個(gè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目——洛陽一拖6MWP分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的分布式光伏發(fā)電模式，這對分布式光伏發(fā)電的推廣起到積極的作用。

我國分布式光伏發(fā)電雖然比日本、美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家起步得晚，但是在相關(guān)政策的激勵(lì)下，我國分布式光伏發(fā)電發(fā)展的新階段即將到來。2010年，全球太陽能電池年產(chǎn)量1600萬千瓦，而我國光伏電池產(chǎn)量達(dá)1000萬千瓦［6］。雖然我國光伏發(fā)電總裝機(jī)容量大，但分布式光伏發(fā)電所占比例卻非常小。根據(jù)國家能源局最新公布數(shù)據(jù)，到2015年6月底，全國光伏發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3578萬千瓦，其中，光伏電站3007萬千瓦，而分布式光伏發(fā)電只占總裝機(jī)容量的16%不到。1-6月全國新增光伏發(fā)電裝機(jī)容量773萬千瓦，其中，新增分布式光伏裝機(jī)容量只有104萬千瓦。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問題

分布式光伏發(fā)電環(huán)保效益突出，是我國現(xiàn)在乃至未來重點(diǎn)推廣發(fā)展的電力生產(chǎn)方式之一。近年來，光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，加上政府大力推出相關(guān)政策，使光伏發(fā)電不斷從大規(guī)模集中開發(fā)向分布式模式發(fā)展。但是，在分布式光伏發(fā)電推廣的過程中還存在一系列問題，使光伏產(chǎn)能利用率并不高。

2.1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用面臨的問題

一是資源問題。屋頂資源是目前分布式光伏發(fā)電發(fā)展面臨的主要問題之一。中國屋頂資源雖多，但滿足面積大、結(jié)構(gòu)好、承重強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)屋頂資源稀少。由于屋頂?shù)某兄睾徒Y(jié)構(gòu)都是預(yù)先設(shè)計(jì)好的，所以不是所有的屋頂都符合電量自發(fā)自用90%以上的條件，這也阻礙了家庭分布式光伏的推廣。

二是項(xiàng)目融資問題。一方面，在實(shí)際操作過程中，企業(yè)普遍存在對電站分享收益積極性不高、怕麻煩的心態(tài)，且企業(yè)繼存的問題導(dǎo)致屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)存在一定的不確定性，也在很大程度上影響了投資者的信心。很多企業(yè)內(nèi)部程序多、手續(xù)復(fù)雜，這也導(dǎo)致分布式光伏電站建設(shè)的推進(jìn)速度緩慢。另一方面，對投資者而言，開發(fā)分布式光伏發(fā)電收益風(fēng)險(xiǎn)較大。在“脫硫標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)+補(bǔ)貼”模式下［7］，如果用戶的用電需求出現(xiàn)萎縮，發(fā)電方只能選擇余電上網(wǎng)，那么其整體收益會大大縮水。構(gòu)建長期、穩(wěn)定、低成本的融資渠道是分布式光伏發(fā)電發(fā)展壯大的重要前提，投資和收益的不成比例使得融資一直缺乏吸引力。

三是政策問題［7］。盡管近年來國家多次對分布式光伏發(fā)電給予政策支持，部分地方政府也出臺了各自的補(bǔ)貼政策，但由于審批程序繁瑣、度電補(bǔ)貼政策不明朗、監(jiān)管不力、自有屋頂產(chǎn)權(quán)較少等因素，分布式光伏電站仍未能得到很好的推廣應(yīng)用。

2.2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對公網(wǎng)的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型［8］，不同的并網(wǎng)方式對公網(wǎng)的影響各不相同。離網(wǎng)型的分布式光伏發(fā)電對公網(wǎng)沒有影響；并網(wǎng)型的分布式光伏發(fā)電會造成電壓波動(dòng)。并網(wǎng)且向電網(wǎng)輸送功率的并網(wǎng)方式，還會影響繼電保護(hù)的配置。以下主要分析并網(wǎng)型分布式光伏系統(tǒng)對公網(wǎng)的影響。

一是對電網(wǎng)規(guī)劃的影響。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后會加大了其所在區(qū)域的負(fù)荷預(yù)測難度。分布式電源的接入改變了既有的負(fù)荷增長模式，這不僅使配電網(wǎng)的改造和管理變得更為復(fù)雜，還給電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)帶來不利的影響。

二是對電能質(zhì)量的影響［9-10］。分布式光伏發(fā)電的接入改變了饋線上的電壓分布，由于接入的電源點(diǎn)比較分散，規(guī)模又比較小，這在很大程度上加大了電源協(xié)調(diào)控制的困難，對電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定和頻率安全等方面都造成了一定的影響［9］。通過逆變器［9］接入電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的開停機(jī)以及發(fā)電站補(bǔ)償電容器投切都會對電網(wǎng)帶來諧波污染，進(jìn)而影響電能質(zhì)量。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)接入后，電網(wǎng)的電壓波動(dòng)與閃變次數(shù)增加，常規(guī)電源對電網(wǎng)的調(diào)控能力也會相應(yīng)減弱，這對于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行控制是極為不利的。

三是對繼電保護(hù)的影響。我國當(dāng)前的電網(wǎng)大多為單電源放射狀結(jié)構(gòu)，多采用速斷、限時(shí)速斷保護(hù)形式，不具備方向性。分布式電源并網(wǎng)后，其注入功率會使繼電保護(hù)范圍縮小，降低電網(wǎng)正常運(yùn)行的可靠性，在其他并聯(lián)分支故障時(shí)，會導(dǎo)致安裝在分布式光伏發(fā)電上的繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作。

四是孤島故障。孤島故障［11-13］會對電網(wǎng)的運(yùn)行造成許多的危害，首先是危及電力線路維護(hù)人員的生命安全，其次是在一些特殊情況下斷開供電時(shí)會損壞用電設(shè)備，在電網(wǎng)恢復(fù)供電瞬間并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電壓的相位與電網(wǎng)電壓相位不同步而產(chǎn)生強(qiáng)大的電流沖擊。

3 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀

電壓是衡量電網(wǎng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此，改善光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性是光伏發(fā)電系統(tǒng)研究的主流。目前，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀如下：

文獻(xiàn)［14］根據(jù)光輻射和光伏輸出的關(guān)系搭建了光伏出力的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)日輻射曲線描述光伏發(fā)電系統(tǒng)一天的出力情況。通過日輻射曲線來計(jì)算一天的動(dòng)態(tài)潮流。最后指出光伏容量受限是由于光伏接入點(diǎn)電壓升高。

文獻(xiàn)［15］研究了分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)在注入有功基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)無功補(bǔ)償，在考慮光伏發(fā)電有功功率對線路電壓分布的變化的同時(shí)考慮光伏發(fā)電注入功率與無功補(bǔ)償對配電網(wǎng)電壓變化影響；在考慮網(wǎng)絡(luò)損耗對光伏的接入位置、注入容量的同時(shí)研究網(wǎng)絡(luò)損耗與電壓值對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)影響規(guī)律。改進(jìn)后的理論應(yīng)用于實(shí)踐中，大幅度提高了線路各節(jié)點(diǎn)電壓，改善了電壓質(zhì)量。文獻(xiàn)［16］分析了光伏分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)對其接納能力及光伏并網(wǎng)后對配電網(wǎng)電壓降落的影響。并結(jié)合實(shí)際情況通過計(jì)算來選擇光伏接入配電網(wǎng)的最優(yōu)位置。

文獻(xiàn)［17］運(yùn)用PSCAD軟件構(gòu)建了一個(gè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型，分析了負(fù)荷增加、光照強(qiáng)度突降、環(huán)境溫度增大以及負(fù)荷母線發(fā)生短路故障等擾動(dòng)對負(fù)荷電壓穩(wěn)定性的影響。并指出，當(dāng)負(fù)荷電壓接近電壓穩(wěn)定限定值正常運(yùn)行時(shí)，光照強(qiáng)度突降會使負(fù)荷母線電壓失去穩(wěn)定；溫度變化對負(fù)荷電壓的影響甚微；短路故障消除后負(fù)荷母線電壓則能夠快速得到恢復(fù)，不會導(dǎo)致電壓失穩(wěn)。文獻(xiàn)［18］考慮了天氣類型、大氣溫度和太陽輻射強(qiáng)度等因素的影響，對光伏發(fā)電系統(tǒng)的短期輸出功率預(yù)測進(jìn)行了探索研究。并基于現(xiàn)有預(yù)測模型成果，提出了一種改進(jìn)預(yù)測方法。

文獻(xiàn)［19］根據(jù)廣義負(fù)載概念建立光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電路模型，研究結(jié)果表明電壓波動(dòng)與廣義負(fù)載功率波動(dòng)、功率因數(shù)、接入配電網(wǎng)電壓等級的關(guān)系較大，并指出提高電壓穩(wěn)定性的方法。

文獻(xiàn)［20］基于MATLAB軟件搭建了單級式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與TCR+FC型靜止無功補(bǔ)償器模型，通過設(shè)置電網(wǎng)側(cè)發(fā)生各種類型故障，仿真分析比較靜止無功補(bǔ)償器 投入前后故障點(diǎn)暫態(tài)電壓恢復(fù)特性，以此來增加并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)連接地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)電壓的穩(wěn)定性。文獻(xiàn)［21-22］提出了通過改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)系統(tǒng)聯(lián)系，以提高電壓穩(wěn)定性的措施。

基于以上研究現(xiàn)狀，指出通過提高并穩(wěn)定光伏發(fā)電并網(wǎng)點(diǎn)負(fù)載功率因數(shù)來改善分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行效果。并且需要在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中增加儲能元件來保證系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，以達(dá)到持續(xù)穩(wěn)定地輸出電能。考慮釆取無功電壓控制方法來改善并網(wǎng)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性，以提高電網(wǎng)接納光伏能力?；谖墨I(xiàn)［20］提出的采用TCR+FC型靜止無功補(bǔ)償器的方法，考慮采用TCPC（并聯(lián)補(bǔ)償）的無功補(bǔ)償技術(shù)來改善光伏并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，并將與SVC補(bǔ)償法作出比較。

4 結(jié)語

隨著傳統(tǒng)能源消耗量的迅速增加以及環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，充分利用太陽能發(fā)電是可持續(xù)發(fā)展的重要措施。雖然分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)還存在一些問題，但是分布式電源技術(shù)日趨成熟，國家政策大力支持，分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用范圍在不斷的擴(kuò)大。從長遠(yuǎn)的發(fā)展角度來看，分布式光伏發(fā)電作為集中供電不可或缺的重要補(bǔ)充，必將成為我國未來能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。

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The Problems of Developing Distributed Photovoltaic Generation

ZHENG Li-ping， KUANG Hong-hai， DING Xiao-wei， WANG Bao
（College of Electrical and Information Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007）

In the time of the shortage of coal resources， the development and utilization of environmental protection and renewable resources is the basic requirement of sustainable development in the future society. Distributed photovoltaic power as a new kind of energy， it has a bright future. In this paper， the current situation of the development of distributed photovoltaic power generation in our country was described in brief. The problems of distributed photovoltaic power system were summarized. The current status of the influence of the power system voltage stability from grid-connected PV systems was introduced emphatically. Finally， in order to provide reference for the application of distributed generation， the application prospect of the distributed photovoltaic generation was pointed out.

Distributed photovoltaic generation system；Grid-connected；Electrical system

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.09.003

ZHENG Li-ping， KUANG Hong-hai， DING Xiao-wei， et al. The Problems of Developing Distributed Photovoltaic Generation［J］. The Journal of New Industrialization， 2016， 6（9）： 18-26.

鄭麗平，匡洪海，丁曉薇，等.發(fā)展分布式光伏發(fā)電面臨的問題［J］. 新型工業(yè)化，2016，6（9）：18-26.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51077045）；湖南省自科基金項(xiàng)目（2015JJ5009）；湖南省教育廳科研項(xiàng)目（15C0395）；湖南省教育廳開放基金項(xiàng)目（15K036）

鄭麗平（1991-），女，碩士研究生，主要研究：方向分布式發(fā)電并網(wǎng)；匡洪海（1972-），女，教授，主要研究方向：分布式發(fā)電技術(shù)和配電網(wǎng)停電管理；丁曉薇（1992-），女，碩士研究生，主要研究方向：分布式發(fā)電與配電網(wǎng)；汪寶（1992-），男，碩士研究生，主要研究方向：新能源發(fā)電并網(wǎng)。