分布式電源光伏發(fā)電對(duì)低壓電網(wǎng)的影響及對(duì)策

李積梅

（湖南華晨工程設(shè)計(jì)咨詢有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

從歷史的角度來看，分布式電源缺少足夠的應(yīng)用實(shí)踐，分布式電源功率集中在50 MW 之下。有些分布式電源甚至只有幾千瓦。分布式電源能夠充分協(xié)調(diào)環(huán)境關(guān)系，在單獨(dú)工作中解決用電需要。在大電網(wǎng)無法保障資源有效分配，用電緊張的時(shí)候，分布式電源能夠協(xié)調(diào)電能調(diào)配，保障配電系統(tǒng)足夠穩(wěn)定、足夠安全。在現(xiàn)代社會(huì)背景下，供電系統(tǒng)有著很大的工作壓力。分布式電源能夠緩解這種現(xiàn)象，當(dāng)然它的弊端也比較顯著，那就是會(huì)影響到低壓電網(wǎng)。分布式電源光伏發(fā)電系統(tǒng)充分利用光伏發(fā)電，能夠完成大電網(wǎng)電力能源的補(bǔ)充和調(diào)配。光伏發(fā)電（后文稱PV system）在電網(wǎng)系統(tǒng)中屬于分布式電源分支，利用蓄電池、逆變器、太陽能電池以及控制器存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換電能。PV system 有著實(shí)用性廣、能獨(dú)立運(yùn)作、可靠性高、壽命長、無污染等優(yōu)點(diǎn)。

1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)要求

1.1 接入方式

不同于低壓電網(wǎng)以及大電網(wǎng)的是，分布式光伏發(fā)電在并網(wǎng)中需要將首要要求放在安全性上。要避免大電流和高電壓影響與破壞到分布式電源[1]。此時(shí)一般會(huì)用到變壓器處理過多的電流和電壓。要確保并網(wǎng)后系統(tǒng)能夠穩(wěn)定輸送電能。假設(shè)并網(wǎng)電壓有著明顯差異，要做好光伏發(fā)電系統(tǒng)容量控制工作。低壓電網(wǎng)變壓器負(fù)責(zé)總負(fù)荷25%左右。此外，并網(wǎng)短路電流不可以超過整個(gè)系統(tǒng)1/10 的額定電流。參照國內(nèi)某山區(qū)條件，分布式電源的裝機(jī)容量和電壓等級(jí)為：在容量 ≥5 kW 時(shí)電壓220 V；在容量為8～400 kW 時(shí)等級(jí)為380 V；在容量為400～6000 kW 時(shí)等級(jí)為10 kV；在容量≥6000 kW 時(shí)等級(jí)在10 kV 以上。

并網(wǎng)環(huán)節(jié)假設(shè)高低電壓的條件都能夠滿足接入要求，通常會(huì)優(yōu)先選擇低電壓，減少并網(wǎng)負(fù)面影響和作用。

1.2 電能質(zhì)量以及其他要求

我國對(duì)光伏發(fā)電的研究目前正處于發(fā)展階段，國內(nèi)光伏發(fā)電的質(zhì)量存在很大的不同。并網(wǎng)前需要重視評(píng)估工作。光伏發(fā)電電能評(píng)估指標(biāo)包括很多，如變流器型號(hào)、并網(wǎng)方式、電源容量等都是考慮的對(duì)象。PV system 并網(wǎng)后電能可以為周圍地區(qū)提供充足電能。在諧波、電壓波動(dòng)、閃變、電壓偏差中都要滿足國家 要求[2]。

此外，還要做好PV system 功率控制和電壓控制。低壓電網(wǎng)與電流通常十分穩(wěn)定。功率變化遵循規(guī)律性特征。在進(jìn)入并網(wǎng)環(huán)節(jié)后，為了保障系統(tǒng)質(zhì)量、工作效益就需要確保PV system 能夠有效調(diào)節(jié)電壓和功率。例如，國內(nèi)某山區(qū)的電力用戶、低壓電網(wǎng)用電情況決定了要確保10 kV 與35 kV 等級(jí)PV system 可以有效調(diào)節(jié)功率與電壓，要確保數(shù)值在可控范圍、工作上限。我國對(duì)此有明確的線性標(biāo)準(zhǔn)。并網(wǎng)后公共連接點(diǎn)電壓的偏差一定要滿足GB/T 12325—2008《電能質(zhì)量供電電壓偏差》給出的規(guī)定[3]。假設(shè)并網(wǎng)接入點(diǎn)電壓為 35 kV 左右，那么接入點(diǎn)電壓變動(dòng)需要控制在3.5 kV 甚至更低。假設(shè)并網(wǎng)電壓為20 kV 左右，則電壓變動(dòng)需要控制在1.4 kV 或是更低。假設(shè)并網(wǎng)電壓為20 kV 以下，則電壓變動(dòng)要低于1.2 kV。

2 分布式電源光伏發(fā)電對(duì)低壓電網(wǎng)的影響

2.1 系統(tǒng)概況

文本所研究的對(duì)象為國內(nèi)某山區(qū)PV system 的并網(wǎng)點(diǎn)。通過對(duì)低壓電網(wǎng)影響要素分析，確定應(yīng)對(duì)對(duì)策。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的裝機(jī)容量為10 MW。交流電低壓電網(wǎng)接入點(diǎn)380 V。在筆者實(shí)際調(diào)查中得出，在PV system 介入電網(wǎng)以后對(duì)于該電網(wǎng)的影響十分突出。

2.2 電能質(zhì)量影響

通過持續(xù)性觀察，能夠迅速發(fā)現(xiàn)，在低壓電網(wǎng)和PV system 并網(wǎng)之后，逆變器應(yīng)用的高頻調(diào)制頻頻發(fā)生諧波現(xiàn)象。在PV system 和大電網(wǎng)一同工作時(shí)，儲(chǔ)蓄電能在電壓上能夠同步保持一致。當(dāng)然會(huì)在持續(xù)工作以后引起諧波進(jìn)一步放大現(xiàn)象。這種諧波通常真實(shí)存在。必須強(qiáng)調(diào)的是在PV system 中，系統(tǒng)能量為太陽。所以很多情況下人們做不到穩(wěn)定性控制。雖然本次調(diào)查對(duì)象的山區(qū)有著充足的光照，但偶爾也會(huì)經(jīng)歷多云、陰天和降雨這類現(xiàn)象。在陰天和降雨天氣作用下，PV system 無法保障自己的工作質(zhì)量和效率，不穩(wěn)定的發(fā)電能力會(huì)影響到電網(wǎng)運(yùn)行。PV system 頻頻出現(xiàn)閃變和電壓波動(dòng)現(xiàn)狀。此外，配網(wǎng)系統(tǒng)并網(wǎng)后同樣也會(huì)呈現(xiàn)出復(fù)雜性問題。此時(shí)需要做電能分配、傳輸、集中工作，而這一現(xiàn)象同樣也會(huì)讓電網(wǎng)工作面臨巨大壓力。

2.3 孤島效應(yīng)

所謂的孤島效應(yīng)說的是在PV system 在進(jìn)行并網(wǎng)后時(shí)常會(huì)遇到的問題。該系統(tǒng)作業(yè)和大電網(wǎng)屬于對(duì)立關(guān)系，只有極少數(shù)條件為緊密關(guān)聯(lián)關(guān)系。如果大電網(wǎng)陷入故障以及停電，那么PV system 如果沒有充分了解具體情況，而是直接為電網(wǎng)供電就很有可能浪費(fèi)大量電能，使得維護(hù)人員、電網(wǎng)檢修人員受傷。此外，在PV system 陷入故障以后，并網(wǎng)運(yùn)行中，大電網(wǎng)電能同樣也有一定概率會(huì)進(jìn)入到PV system。該現(xiàn)象一般發(fā)生在電壓相同情況下。其結(jié)果就是PV system 陷入異常狀態(tài)。假設(shè)此時(shí)低壓電網(wǎng)受到了單相PV system 影響，就會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷欠相供電問題[4]。本次研究對(duì)象為單相PV system，因此同樣需要考慮這一風(fēng)險(xiǎn)。

3 問題應(yīng)對(duì)辦法

3.1 電能質(zhì)量問題解決辦法

事實(shí)上，不論是應(yīng)用什么手段通常也無法徹底解除PV system 對(duì)于電能質(zhì)量造成的負(fù)面影響。但在實(shí)踐中卻可以應(yīng)用各種各樣的應(yīng)對(duì)措施。例如，利用技術(shù)性手段盡可能降低影響級(jí)別。對(duì)于本次研究對(duì)象的問題解決，當(dāng)?shù)卣x擇統(tǒng)籌管理建設(shè)工作，具體分析項(xiàng)目條件和情況。規(guī)劃中要選擇合適的電能質(zhì)量治理裝置，并將其與PV system 其中一端配置到一起，測試系統(tǒng)的功能和問題。并網(wǎng)前參照固定標(biāo)準(zhǔn)，要保障控制有效性超過60%。蓄電池容量方面，要確保其容量超過系統(tǒng)總發(fā)電容量，也就是能夠滿足16～32 h 的供電。在滿足各種基礎(chǔ)要求以后，為系統(tǒng)提供電能，保障輸電供電穩(wěn)定性，在臨時(shí)條件下解決供電要求。

3.2 孤島效應(yīng)問題解決辦法

孤島效應(yīng)背景下需要發(fā)揮技術(shù)性檢測價(jià)值，利用各種合適的檢測手段了解電網(wǎng)工作態(tài)勢(shì)、狀態(tài)，隨后分析問題應(yīng)對(duì)手段、解決辦法。孤島效應(yīng)缺少規(guī)律性，因此提升作業(yè)效率的關(guān)鍵在于使用分布監(jiān)控辦法。該方法的應(yīng)用需要充分結(jié)合PV system 的情況和低壓電網(wǎng)并入點(diǎn)情況，合理安置設(shè)備。假設(shè)作業(yè)無法有序推進(jìn)，并且不繼續(xù)供電，就要將這個(gè)信息快速發(fā)送回管理端，讓PV system 不繼續(xù)輸電。大容量蓄電池此時(shí)要發(fā)揮作用，保存與管理多余電能。在蓄電池容量滿了以后不繼續(xù)發(fā)電。設(shè)備偵知PV system 無法正常工作，就需要自行發(fā)出警報(bào)。此時(shí)的PV system 不會(huì)繼續(xù)接收各種電力資源，用該方法保護(hù)系統(tǒng)、保護(hù)電能資源。

3.3 模擬實(shí)驗(yàn)

為了更好的檢驗(yàn)與掌握實(shí)際情況，需要用模擬實(shí)驗(yàn)的辦法研究與討論P(yáng)V system 在并網(wǎng)以后的實(shí)際狀況。參照計(jì)算機(jī)條件和能力，打造模擬系統(tǒng)，分析工作狀態(tài)、工作狀況。利用電能治理技術(shù)控制質(zhì)量，發(fā)揮智能技術(shù)和檢測手段作用。實(shí)踐中需要模擬計(jì)算機(jī)的運(yùn)作參數(shù)、數(shù)據(jù)情況。檢驗(yàn)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)包括PV system 工作異常、低壓電網(wǎng)工作異常、天氣狀況。假設(shè)無法正常運(yùn)行就會(huì)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)。警報(bào)會(huì)通知與傳達(dá)每一處設(shè)備，滿足電網(wǎng)工作要求。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)做了60 次重復(fù)測試，從結(jié)果看到的是諧波能夠得到很好的處理。在遇到問題時(shí)每一處設(shè)備都能夠第一時(shí)間給出警報(bào)，并且僅僅用了1.3 s，能夠滿足電網(wǎng)硬性需求，沒有發(fā)生任何危險(xiǎn)事故，體現(xiàn)了該措施的重要性和價(jià)值。

4 結(jié) 論

本文以分布式電源孤島效應(yīng)與電能質(zhì)量影響為對(duì)象，分析了問題應(yīng)對(duì)辦法。首先是要做好系統(tǒng)建設(shè)前的規(guī)劃工作，保障質(zhì)量控制效果。其次是用各種檢測措施分析與應(yīng)對(duì)孤島效應(yīng)。在綜合評(píng)價(jià)和模擬實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了可行性，可推廣到實(shí)際。