分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究

張慶春

摘要：隨著分布式光伏電源在配電網(wǎng)滲透率上升，分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量的影響日益增加。分布式光伏的接入改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向輻射狀供電模式，在高光伏滲透率的配電網(wǎng)尤其是較弱的放射形鏈?zhǔn)降蛪号潆娋W(wǎng)中，若系統(tǒng)輕載則容易發(fā)生潮流逆流，導(dǎo)致配電網(wǎng)過(guò)電壓；云層遮擋等引起的光伏出力劇烈波動(dòng)可能引起電壓驟降、閃變甚至系統(tǒng)穩(wěn)定問(wèn)題。面對(duì)上述分布式光伏接入引起的電能質(zhì)量問(wèn)題，傳統(tǒng)調(diào)壓方式如有載調(diào)壓變壓器、電力電容器組等由于響應(yīng)速度問(wèn)題將失效。本文主要分析探討了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響情況，以供參閱。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)；配電網(wǎng)；電能質(zhì)量；影響

伴隨著國(guó)家能源政策的推進(jìn)，由分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及控制裝置組成的主動(dòng)配電網(wǎng)（Active Distribution Network ，ADN）技術(shù)獲得了發(fā)展。分布式電源的接入使傳統(tǒng)配電網(wǎng)的輻射式供電結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，在工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，容量較大的光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后往往引起配電網(wǎng)發(fā)生電壓波動(dòng)與閃變、諧波污染、電壓越限等電能質(zhì)量問(wèn)題，給配電網(wǎng)電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，而且危害光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性及附近無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的安全性。

1分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

1.1正面影響

（1）分布式光伏電源接入配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)能量的就地平衡，避免了遠(yuǎn)距離輸電的投資和損耗。當(dāng)配電網(wǎng)中關(guān)聯(lián)負(fù)載較大時(shí)，分布式光伏電源能夠迅速提供功率支持，提高了配電網(wǎng)帶負(fù)荷的能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。（2）通過(guò)合理配置儲(chǔ)能裝置和利用光伏并網(wǎng)逆變器的無(wú)功輸出能力，可以使分布式光伏電源參與配電網(wǎng)電壓、頻率和穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。（3）利用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)與控制上的諸多相似，將二者復(fù)合，可以降低配電網(wǎng)的設(shè)備投資，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)發(fā)電、電能質(zhì)量的綜合治理、電力中斷補(bǔ)償。

1.2負(fù)面影響

分布式光伏電源的接入改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向輻射狀供電模式。由于分布式光伏的輸出功率具有隨機(jī)性、波動(dòng)性和不可調(diào)度特性，容易引起電壓波動(dòng)與閃變、諧波污染、電壓越限等電能質(zhì)量問(wèn)題，給配電網(wǎng)電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)危害光伏系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。（1）高光伏滲透率的配電網(wǎng)尤其是較弱的放射形鏈?zhǔn)降蛪号潆娋W(wǎng)中，云層遮擋等引起的光伏出力劇烈波動(dòng)，可能引起電壓驟降、閃變；通過(guò)對(duì)IEEE13節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)研究證實(shí)了光伏滲透率高于40%后，多云天氣等引起的電壓波動(dòng)將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）高光伏滲透率的配電網(wǎng)中，光伏電源出力超過(guò)了配電網(wǎng)消納能力后導(dǎo)致潮流逆流引起電壓升高甚至過(guò)電壓等問(wèn)題限制了配電網(wǎng)的光伏滲透率。例如，當(dāng)光伏電源出力較高而配電網(wǎng)輕載情況下容易發(fā)生潮流逆流導(dǎo)致過(guò)電壓等問(wèn)題。（3）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中含有大量的電力電子開(kāi)關(guān)器件，會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染。尤其是當(dāng)弱配電網(wǎng)中光伏電源滲透率較高時(shí)，還可能發(fā)生諧波的疊加甚至特定次數(shù)的諧波諧振，危害配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。（4）當(dāng)電網(wǎng)故障或檢修時(shí)，各分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可能與周?chē)呢?fù)載形成一個(gè)孤島供電系統(tǒng)。非正常孤島可能給電力維修人員的安全造成風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)用戶(hù)的供電電能質(zhì)量也得不到保證。

2改善配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的相關(guān)措施

2.1配電網(wǎng)側(cè)的措施

1）在分布式光伏電源規(guī)劃建設(shè)階段，根據(jù)全年環(huán)境數(shù)據(jù)和負(fù)荷數(shù)據(jù)計(jì)算分布式電源最佳接入位置、最大允許接入容量四等因素。但該方案難點(diǎn)在于接入位置的選擇受很多客觀因素限制，并且容量規(guī)劃很難兼顧分布式電源出力、負(fù)荷變化的隨機(jī)性及二者不協(xié)調(diào)的情況，單純依靠規(guī)劃有時(shí)不能完全避免過(guò)電壓?jiǎn)栴}。2）針對(duì)過(guò)電壓?jiǎn)栴}，最直接的解決方案是增大導(dǎo)線的半徑、減小線路阻抗，同時(shí)這也是最不經(jīng)濟(jì)的方案。3）通過(guò)改變有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)節(jié)分布式光伏電源接入引起的電壓波動(dòng)，但此方案不能有效處理配電網(wǎng)末端電壓越限的情況，同時(shí)頻繁調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭可能會(huì)縮短變壓器的使用壽命，而且目前大部分低壓配電網(wǎng)沒(méi)有配置有載調(diào)壓變壓器。4）并網(wǎng)點(diǎn)電抗器補(bǔ)償方案，但是存在投切瞬間暫態(tài)沖擊較大、響應(yīng)速度慢、可能引起系統(tǒng)諧振等問(wèn)題。5）安裝D-STATCOM調(diào)控配電網(wǎng)電壓，增加配電網(wǎng)中光伏滲透率，但這種方法一方面投資較大，另一方面對(duì)于有功功率過(guò)剩的配電網(wǎng)，電壓控制效果會(huì)受到一定的影響。

2.2光伏系統(tǒng)側(cè)的措施

在不改變配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的前提下，有效管理含分布式光伏電源的配電網(wǎng)電壓是保證配電網(wǎng)電能質(zhì)量、推廣分布式光伏發(fā)電技術(shù)的重要手段。根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化機(jī)理分析可知，利用光伏系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器進(jìn)行并網(wǎng)點(diǎn)電壓控制成為可能的解決方案。目前在并網(wǎng)逆變器無(wú)功控制方面，德國(guó)研究人員提出了光伏并網(wǎng)逆變器恒無(wú)功功率控制、恒功率因數(shù)控制、基于光伏電源有功功率輸出的cosФ（P）控制、基于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的Q（μ）的控制等多種標(biāo)準(zhǔn)化方案。這些方案各自有其優(yōu)缺點(diǎn)：1）恒無(wú)功功率控制和恒功率因數(shù)控制。這兩個(gè)方案控制簡(jiǎn)單，但靈活性較差，無(wú)論配電網(wǎng)是否發(fā)生過(guò)電壓都會(huì)有一定的無(wú)功功率輸出，增大了配電網(wǎng)的網(wǎng)損。2）基于光伏電源有功功率輸出的cos州P）控制。光伏并網(wǎng)逆變器無(wú)功輸出僅響應(yīng)于有功出力，而未考慮配電網(wǎng)電壓。當(dāng)光伏有功出力較大，但配電網(wǎng)重載時(shí)，可能并網(wǎng)點(diǎn)并未發(fā)生過(guò)電壓，但逆變器卻有較大的無(wú)功輸出，增大了配電網(wǎng)的網(wǎng)損。3）基于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的Q（μ）的控制。光伏并網(wǎng)逆變器無(wú)功輸出僅響應(yīng)于自身并網(wǎng)點(diǎn)電壓，當(dāng)配電網(wǎng)中有多個(gè)光伏電源接入時(shí)，某節(jié)點(diǎn)電壓越限，可能其余節(jié)點(diǎn)電壓并未越限，因此配電網(wǎng)總體調(diào)壓能力不足。分布式光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)造成不利影響的根本原因在于其出力的不可控性，因此解決配電網(wǎng)電壓?jiǎn)栴}的另一個(gè)思路是控制光伏電源的有功出力。

3結(jié)束語(yǔ)

總而言之，含分布式光伏電源的配電網(wǎng)電壓控制問(wèn)題己經(jīng)成為限制分布式光伏電源容量和滲透率的主要因素之一。探索電網(wǎng)友好型的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行控制方法，盡量減小分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的負(fù)面影響，對(duì)推動(dòng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在配電網(wǎng)的推廣應(yīng)用具有重要意義。

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)天津市電力公司武清供電分公司）