分析光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性以及現(xiàn)狀、展望

鄭林鈞

【摘 ?要】在世界能源匱乏的情況下，新能源的出現(xiàn)得到各國的認可與支持。在所有新能源的研究當(dāng)中，太陽能能源受到電力研究者的廣泛關(guān)注，不僅具有能源豐富性和可靠性優(yōu)點，而且不能在使用過程中造成環(huán)境污染。光伏發(fā)電經(jīng)過多年的研究已逐漸得到應(yīng)用，并在新能源產(chǎn)業(yè)開發(fā)的過程中占據(jù)重要的位置。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電;配電網(wǎng);可靠性;現(xiàn)狀;展望

引言

智能電網(wǎng)擁有可再生能源發(fā)電系統(tǒng)，能結(jié)合電力網(wǎng)絡(luò)和信息，對光伏發(fā)電的合理接入有促進作用。光伏發(fā)電具有間歇性，可影響配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與運行，從而使得光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性變得復(fù)雜，需要考慮持續(xù)供電的問題。本文通過分析光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性以及現(xiàn)狀、展望，為以后新能源研究提供依據(jù)。

1配電網(wǎng)的發(fā)展以及現(xiàn)狀

我國傳統(tǒng)的主要用電形式是單向的“發(fā)電-配電-用電”形式，常見的配電模式有幾種，分別是不同母線環(huán)式模式、單電源輻射模式、不同母線的三回饋線的環(huán)式。在我國配電網(wǎng)的構(gòu)架中，仍大面積存在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)模式，但其模式存在很多問題，隨著智能電網(wǎng)國家戰(zhàn)略的推行與實施，在配電網(wǎng)的控制策略和分布式電源優(yōu)化規(guī)劃取得較好地研究成果，配電自動化水平得到較大提高。國外配電網(wǎng)技術(shù)也進行相應(yīng)的改革，配電網(wǎng)由被動配電網(wǎng)向ADN發(fā)展，為了跟上世界先進技術(shù)的腳步，ADN將成為我國智能配電網(wǎng)研究的重要方向之一[1]。

1.1光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的方式以及特點

光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的方式有三種，具體如下：（1）配電網(wǎng)作為備用電源。配電網(wǎng)既能在光伏發(fā)電功率不足或者負荷較大時補充其功率，也能在功率過剩時注入富余電量，這種接入方法滿足了配電網(wǎng)的供需平衡。（2）光伏系統(tǒng)作為備用電源。光伏系統(tǒng)在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時投入運行，由光伏發(fā)電電容量和啟動時間確定其供電范圍與故障停電時間。其缺點是投資成本較高，受光照資源的制約，供電范圍不大。（3）光伏發(fā)電并網(wǎng)運行。在配電網(wǎng)主電源或者線路出現(xiàn)故障的情況下，原配電網(wǎng)能夠為部分負荷供電;由于光伏系統(tǒng)輸出功率不穩(wěn)定，在配電網(wǎng)的支持下，降低供電可靠性影響[2]。

2光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性計算

2.2光伏電源的可靠性計算

光伏電源可靠性三狀態(tài)的概率由式（1）計算，Pn是光伏發(fā)電系統(tǒng)處于個狀態(tài)的概率，Tn是光伏發(fā)電處于各狀態(tài)的時間，T是統(tǒng)計時間，：

Pn=Tn/T（n=1，2，3） ?（1）

光伏輸出功率隨時間變化，將光伏發(fā)電連續(xù)工作時間分為多個間隔相同的時間段，根據(jù)其輸出功率和負荷需求因素選擇確定時間段，其輸出功率與孤島內(nèi)負荷需求在確定時間段近似保持不變，如表1和表2，將兩者進行比較判定是否形成孤島，如形成孤島，就按形成條件分析可靠性，如不能形成孤島，則按沒有光伏電源對待;最后采取確定時間段的供電可靠性指標(biāo)的平均值，計算出配電網(wǎng)的平均可靠性指標(biāo)。

3光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的影響

3.1對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

電力預(yù)測在一定程度上提升了難度，同時提高配電網(wǎng)規(guī)劃的不確定性，降低設(shè)備的使用率和利用率，使配電網(wǎng)規(guī)劃適應(yīng)性要求變得更高。

3.2對電網(wǎng)運營的影響

將電力輸送到各個用戶是電網(wǎng)的主要作用，對較長時期的潮流分布有很好的適應(yīng)性，可同時兼顧供電的經(jīng)濟性和可靠性，提升設(shè)備的使用率。對于電網(wǎng)潮流的分布情況，光伏發(fā)電的接入會有直接的影響，從而減輕一部分設(shè)備的負載，變低其利用率。

3.3對電網(wǎng)運行的影響

（1）將光伏電源與配電系統(tǒng)相接入，電網(wǎng)的電壓可以降低線路電壓的損耗以及提高系統(tǒng)節(jié)點電壓。（2）光伏電池在輸出電能時，電能的質(zhì)量能夠通過逆變器最大功率點跟蹤已輸出的有功功率，以單位功率因數(shù)的形式向電網(wǎng)供電。對光伏并網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響的相關(guān)因素包括并網(wǎng)的控制方法、直流測電容的選取、逆變器開關(guān)的頻率、電容取值以及交流側(cè)濾波的電量等。同時，電網(wǎng)斷電時，光伏發(fā)電系統(tǒng)和周圍負載極有可能出現(xiàn)自給的供電孤島，這些供電孤島會影響區(qū)域內(nèi)的供電頻率和電壓，降低電能的質(zhì)量。（3）當(dāng)對光伏電站上游進行保護時，都會出現(xiàn)逆流現(xiàn)象，逆流現(xiàn)象會導(dǎo)致繼電保護對上游和下游故障到達整定值時沒有選擇性。當(dāng)光伏電站被接在保護的上游，保護的下游就會出現(xiàn)故障;光伏電站具有一定的助增效果，使保護范圍和靈敏度增加，當(dāng)助增效果足夠大時，電流速斷保護能夠升入到與其相鄰的下一級線路，保護丟失選擇性;當(dāng)光伏電站進行下游保護時，光伏電站下游會出現(xiàn)故障，為保護電流，流過量會變小，其保護范圍對于有限電流速度斷保護有可能達不到全線。（4）光伏發(fā)電接入電網(wǎng)后，系統(tǒng)暫態(tài)的穩(wěn)定性與同等容量的同步機相比，電網(wǎng)的總功率頻率特性系數(shù)會影響頻率波動性，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)。（5）由于饋線分開段開關(guān)不會移動，饋線和自動化開關(guān)間失去可協(xié)調(diào)性。饋線末端與光伏電源相接，持續(xù)的電流會影響分開段開關(guān)附近的接入點，導(dǎo)致失壓后不會分閘，故障點不能有效的分離和鑒別;重合器也出現(xiàn)誤動情況，饋線末端與分布式電源接入時，電流因故障的出現(xiàn)導(dǎo)致故障，重合器也出現(xiàn)誤動現(xiàn)象;光伏電容較大時或者出現(xiàn)故障，電源戶能較快脫離電網(wǎng)，會對傳統(tǒng)電網(wǎng)的自動故障監(jiān)測和定位等不適應(yīng)，導(dǎo)致短路容量小的系統(tǒng)[3]。

3光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的展望

3.1光伏儲能技術(shù)

光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)具有不可控性、波動性和隨機性的特點，會影響配電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定，故引入儲能技術(shù)是很有必要的。充放電功能靈活的儲能設(shè)備能夠平衡和抑制功率波動情況，較好地削峰填谷和電能分配。儲能設(shè)備接入后，仿真分析可靠性模型和儲能充放電的特性，對比其接入點和不同容量，能夠看出接入配電網(wǎng)的最佳方式就是光伏儲能[4]。

3.2光伏發(fā)電接入交直流配電網(wǎng)

配電網(wǎng)接入大規(guī)模光伏，會給結(jié)構(gòu)使用性帶來挑戰(zhàn)，研究發(fā)現(xiàn)直流配電網(wǎng)對潮流具有較好地控制能力，使其閉環(huán)運行，接入過程更加簡潔，電源裝置的復(fù)雜性也相應(yīng)變小，只需要合理選擇母線電壓。

結(jié)語

綜上所述，中小型光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)是我國電網(wǎng)未來大發(fā)展方向，其具有分布較廣，容量較小等特點，直接影響配電網(wǎng)的規(guī)劃、運行以及電網(wǎng)的整體運營，因此對光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性以及現(xiàn)狀、展望進行研究是很有必要的，研究人員應(yīng)嚴格遵守相關(guān)規(guī)則，建立管理措施，促進我國電力事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

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[3]陶瓊，王德順，葉季蕾，等.考慮儲能配置模式的多數(shù)據(jù)源融合分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接納分析方法[J].高電壓技術(shù)，2018，44（4）：1093-1098.

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（作者單位：上海正泰電源系統(tǒng)有限公司）