關(guān)于光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性的分析

謝霞凌

中國世紀新城投資集團 北京

摘要：本文首先對光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性的影響進行了分析，然后研究了光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性的現(xiàn)狀，并依據(jù)當前光伏發(fā)電的研究現(xiàn)狀，對光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性進行了探討，填補光伏發(fā)電的理論，以期能夠為我國新能源行業(yè)提供更多的理論支撐，增加新能源行業(yè)的發(fā)展方向，為國家快速發(fā)展提供不竭動力。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;可靠性;配電網(wǎng)

引言：隨著我國經(jīng)濟、科技的快速提高，我國的發(fā)展理念也隨之更新，逐漸向高環(huán)保、高節(jié)約、低能耗轉(zhuǎn)變。新能源是近幾年來世界各國關(guān)注的熱點，能夠在保證高環(huán)保的情況下，提供穩(wěn)定的動力。光伏發(fā)電作為新能源種類之一，以太陽能為供應(yīng)基礎(chǔ)，所以，必須要對光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性進行分析，保證光伏發(fā)電在實際應(yīng)用中的穩(wěn)定性、實用性，為各行業(yè)生產(chǎn)提供動力。

一、光伏發(fā)電接入對配電網(wǎng)可靠性的影響

光伏發(fā)電作為太陽能的一種，具有極高的能源應(yīng)用價值[1]。光伏發(fā)電通過能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將太陽能收集儲存，然后轉(zhuǎn)化成電力進行運輸，經(jīng)過配電網(wǎng)的正常運行，供應(yīng)到每個電力用戶中，達到能源供應(yīng)的目的，具有高度的環(huán)保性、可持續(xù)性，能夠滿足新形勢下對于新能源需求。但是，太陽能的利用是以太陽為基礎(chǔ)的，會因天氣的變化而導(dǎo)致能源收集不足的情況，從而影響到能源的供應(yīng)和可靠性。并且，晝夜交替，會導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)在白天發(fā)電效率極高，進而影響配電網(wǎng)的設(shè)備，在夜晚則可能產(chǎn)生能源供應(yīng)不足的現(xiàn)象。相比于傳統(tǒng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)，光伏發(fā)電的方式能夠制造出更大伏數(shù)的電壓，且對能源的損耗更小[2]。

二、光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性手段

（一）光伏發(fā)電可靠性模型研究

光伏發(fā)電作為一種新能源，符合我國新時代發(fā)展理念的各項需求，也符合世界各國發(fā)展的需要，引起了世界國家的高度重視。同時，由于我國正處于高速發(fā)展時期，對于能源的需求極大。電力作為發(fā)展的基礎(chǔ)動力能源，始終是我國社會生產(chǎn)的重要組成部分，所以，國內(nèi)對于光伏發(fā)電這一新能源的基礎(chǔ)理論做了較多的研究。當前國內(nèi)外采用了物理數(shù)據(jù)統(tǒng)計模式，以及組合算法的模式，建立了一些光伏發(fā)電的可靠性模型。在此過程中，工作者需要構(gòu)建出全面、綜合性的指標體系，并構(gòu)建出指標體系與模型之間的關(guān)聯(lián)，以便于從出力、時間、系統(tǒng)總體等方面分析出接入的可靠性，保障光伏發(fā)電能夠順利的在配電網(wǎng)中發(fā)揮效用。就目前來看，當前太陽能的使用仍處于發(fā)展階段。以物理數(shù)據(jù)統(tǒng)計模式建立的數(shù)據(jù)模型，采用數(shù)據(jù)收集統(tǒng)計、分析的方法，查找出適宜的時間。該模式是對光伏發(fā)電設(shè)備預(yù)建設(shè)地進行調(diào)查，了解該地歷年光照時長、范圍、晝夜長短比例、光照強度等因素，然后通過組合算法的方式，得出太陽光能年候時辰函數(shù)方程式，從而得出相關(guān)數(shù)據(jù)作為支撐。但是，該模式并未充分考慮到自然環(huán)境的多變性，易受惡劣天氣的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)果出現(xiàn)偏差，此外，模式也沒有考慮到電力設(shè)備的損耗問題。

（二）儲能技術(shù)的應(yīng)用

太陽能作為自然界的巨大能源之一，具有極高的清潔型，可利用性極高。但是，由于地球運動，會出現(xiàn)晝夜交替、季節(jié)變動等自然現(xiàn)象，導(dǎo)致使用太陽能的時間受到了極大的限制，所以，如何克服太陽能的時間限制，保持太陽能的穩(wěn)定持續(xù)的收集、供應(yīng)，是世界各國亟需解決的問題?，F(xiàn)階段，光伏發(fā)電儲能技術(shù)主要有四種，即蓄電池儲能、超級電容器儲能、飛輪儲能和超導(dǎo)儲能，上述儲能技術(shù)不僅是當前保護系統(tǒng)可靠性的重要手段，而且也是預(yù)防配單網(wǎng)中出現(xiàn)瞬時供電中斷、涌流、電壓脈沖等問題的有效方法。其中蓄電池作為模塊化、可靠性較高的一種儲蓄技術(shù)手段，在供電負荷高、質(zhì)量要求高的區(qū)域被廣泛應(yīng)用。常見的蓄電池有鋰離子電池、液流電池、鉛酸蓄電池等。超級電容器是指一種使用特殊材料制作出的多孔介質(zhì)，它比普通的電容器的介電常數(shù)高，所以具有更強的容量和耐壓能力，但卻保持了普通電容器能量釋放快的特點。經(jīng)過相關(guān)的研究，人們發(fā)現(xiàn)將超級電容器與蓄電池并聯(lián)，能夠延長放點時間、降低內(nèi)部損耗，有助于改善供電系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性。此外，飛輪儲能和超導(dǎo)儲能技術(shù)，在優(yōu)化供電系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性上都有重要的作用。

（三）無功補償裝置的應(yīng)用

無功補償裝置是一種安裝在電力系統(tǒng)中關(guān)鍵位置，用來提高電網(wǎng)功率因數(shù)、降低線路和變壓器損耗、提高供電效率的裝置，它能夠優(yōu)化光伏發(fā)電的供電條件，使其具備更高的穩(wěn)定性和可靠性。21世紀以來，世界各國的科學(xué)技術(shù)水平都得到了極大的進步，為配電網(wǎng)設(shè)備的更新提供了技術(shù)支持，減少了光伏發(fā)電的不可控性，其中無功補償裝置發(fā)揮了重要的作用。早期的無功補償裝置成本較低，實際應(yīng)用難度較低，但是采用FC+MCR的整體運行效率較為緩慢。近幾年由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，采用了SVG無功補償，相較于舊有的裝置，SVG雖然成本有所提升，但是整體性能更好，反應(yīng)更快，且更為穩(wěn)定。但是SVG無功補償裝置應(yīng)對大功率情況較差，所以當下電力供應(yīng)系統(tǒng)采用35kv直掛式SVG無功補償裝置。雖然有效地彌補了SVG無功補償裝置的不足，但是其結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，導(dǎo)致設(shè)備維修護理難度較大，且成本更高。所以，保證光伏發(fā)電的穩(wěn)定性，還需對電力供應(yīng)系統(tǒng)的無功補償裝置進行進一步研發(fā)，才能保證光伏發(fā)電的可靠性。

（四）動態(tài)孤島與符合劃分原則的共同應(yīng)用

由于光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性和間歇性，需要電力供應(yīng)系統(tǒng)提前設(shè)置好應(yīng)急處理系統(tǒng)，解決光伏發(fā)電實際使用過程中可能發(fā)生的斷電、電能供應(yīng)斷續(xù)、設(shè)備短路等問題。動態(tài)孤島正是用于解決這一問題而設(shè)置的，能夠有效地解決光伏發(fā)電不穩(wěn)定導(dǎo)致的設(shè)備問題。在光伏發(fā)電正常使用時，動態(tài)孤島系統(tǒng)處于封閉狀態(tài)，不參與電力供應(yīng)系統(tǒng)的運行。當光伏發(fā)電電力供應(yīng)出現(xiàn)異常時，動態(tài)孤島系統(tǒng)自動運行，將對應(yīng)設(shè)備的開關(guān)進行自主斷開，形成電路孤島，避免電力短路出現(xiàn)的安全事故。同時，也有利于電力維修人員快速排查故障線路，對問題及時消除，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性，使其能夠持續(xù)地進行電力供給。

三、光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性趨勢

（一）光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性評估方法研究

由于光伏發(fā)電仍然具有一些局限性，仍需要對其技術(shù)進行改進，才能夠保證光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性。當前光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)投入使用，所以要對光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性進行評估，以此保證安全性。當前采用的光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性的評估方法分為兩種：一是解析法，即使用數(shù)學(xué)模型進行計算，對光伏發(fā)電實際應(yīng)用過程中可能發(fā)生的事故概率濟進行計算，以此進行相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案準備，保證光伏發(fā)電出現(xiàn)問題后能夠得到第一時間的解決，具有較高的準確性，能夠有效地保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性。但是，由于光伏發(fā)電能源的大量使用，相關(guān)的電力設(shè)備越來越多，且光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模在逐漸擴大，所需要考慮的因素也在逐漸的增多，所以解析法只能用于簡單系統(tǒng)的可靠性評估。二是模擬法，即運通計算機技術(shù)進行光伏發(fā)電系統(tǒng)的模擬，進行模擬試運行。或是將光伏發(fā)電系統(tǒng)中的某一部分進行抽樣，通過一系列的數(shù)據(jù)對比、運行模擬處理，得出相應(yīng)的數(shù)據(jù)和可靠性參考指標，從而對光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性進行評估。但是這只是一種試驗方法，仍需要技術(shù)和研究的進一步深入，具有一定的實際參考價值。

（二）光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)改進方法

當前世界各國采用光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)時，通常實現(xiàn)采用解析法進行接入配電網(wǎng)的可靠性評估。但是，正如前文所言，解析法具有一定的局限性，當前快速發(fā)展的新環(huán)境下，對于電力的需求也在不斷地擴大，使得光伏發(fā)電的整體規(guī)模變大，解析法已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢的要求。雖然模擬法正處于研究階段，但是已經(jīng)有學(xué)者提出，可以將模擬法與解析法進行糅合，建立起更加精確、有效的光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性的評估方法。這種新思路會隨著社會整體科技水平的提高而發(fā)展，具有一定的發(fā)展性，同時也為相關(guān)其他學(xué)者提出了研究新思路。此外，有國際學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電接入交直流配電網(wǎng)，能夠有效地解決光伏發(fā)電逆電流現(xiàn)象，還能夠精簡光伏發(fā)電系統(tǒng)的相關(guān)電力設(shè)備，從而大大地提升了光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的可靠性，也為相關(guān)學(xué)者提出了新的研究思路。

結(jié)束語：總而言之，光伏發(fā)電作為太陽能能源種類之一，能夠保證能源供應(yīng)的充足且環(huán)保，研究光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)可靠性，能夠幫助我國新能源行業(yè)探索能源發(fā)展新方向，增加我國能源種類，提高光伏發(fā)電在實際應(yīng)用中的安全性，使其能夠充分地發(fā)揮新能源高環(huán)保、強供應(yīng)、低消耗的優(yōu)勢，為我國發(fā)展提供堅實動力。

參考文獻：

[1]蔡勖.考慮電能質(zhì)量問題的分布式光伏發(fā)電接入規(guī)劃方法[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（31）：182-183.

[2]郭冰聰，康忠健.基于油田背景下光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響[J].電氣應(yīng)用，2019，38（09）：34-40.

Analysis on the Reliability of Photovoltaic Power Connection to Distribution Network

Xie Xialing

（China Century Investment Group， Beijing）

Abstract： This paper firstly analyzes the influence of photovoltaic power generation on the reliability of power distribution network， then studies the current situation of photovoltaic power generation on the reliability of power distribution network. According to the current research status of photovoltaic power generation， the reliability of photovoltaic power generation access to distribution network is discussed to fill in the theory of photovoltaic power generation， in order to provide more theoretical support for the new energy industry in China， increase the development direction of the new energy industry， and provide inexhaustible power for the rapid development of the country.

Key words： photovoltaic power generation; reliability; power distribution network