光伏發(fā)電接入智能配電網(wǎng)后的系統(tǒng)問(wèn)題綜述

(國(guó)家電投集團(tuán)山西可再生能源有限公司，太原 030000)

0 引 言

智能電網(wǎng)有一個(gè)主要的特征，就是支持大量分布式電源合理接入，在應(yīng)用上具有成本低、靈活性高、兼容性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，需求側(cè)響應(yīng)、管理等功能也得到了有效的完善，符合國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)智能配電網(wǎng)框架的發(fā)展要求。在各種分布式電源中，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的應(yīng)用愈加廣泛，由于光伏電站屬于間歇式電源，在并網(wǎng)過(guò)程中會(huì)影響配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行等方面，針對(duì)其產(chǎn)生的影響，應(yīng)該采取有效的解決措施。

1 含光伏電源的系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)

1.1 電能質(zhì)量

如果在配電網(wǎng)中直接接入光伏發(fā)電電源，很容易出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，進(jìn)而影響電能質(zhì)量的穩(wěn)定性，主要表現(xiàn)為電壓閃爍、浪涌、頻率偏移、電壓跌落等等。目前，為了解決此類(lèi)問(wèn)題會(huì)減少分布式電源的啟動(dòng)次數(shù)，在接入配電網(wǎng)的過(guò)程中，會(huì)利用逆變器，從而有效控制光伏電源輸出功率變化帶來(lái)的影響，保障電能質(zhì)量的穩(wěn)定性。針對(duì)諧波問(wèn)題，可以將濾波器安裝在相應(yīng)的母線(xiàn)上。此外，要對(duì)多功能逆變器的控制方式進(jìn)行研究和探索，可以將有源濾波器并聯(lián)到逆變器之中，對(duì)電壓最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤控制，利用該控制方保障電壓源逆變器輸出電流的穩(wěn)定性，從而解決諧波問(wèn)題[1]。電能質(zhì)量監(jiān)控是智能配電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中必須掌握的一項(xiàng)技術(shù)，需要加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究，并且不斷完善監(jiān)控體系。

1.2 繼電保護(hù)

光伏發(fā)電電源接入智能配電網(wǎng)之后，配電網(wǎng)會(huì)變?yōu)槎嚯娫聪到y(tǒng)，為了確保該系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要對(duì)繼電保護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，確保其設(shè)備具有方向性。目前，主要有兩種可以解決該問(wèn)題的方案，一種是切源方案，另一種是孤島方案。所謂切源方案就是將分布式電源先全部斷開(kāi)，然后應(yīng)用原有的保護(hù)措施。采用這種方式會(huì)導(dǎo)致速動(dòng)性和可靠性隨之下降，不僅要對(duì)電流故障切除進(jìn)行考慮和處理，還要對(duì)時(shí)限配合進(jìn)行考慮，同時(shí)在自動(dòng)重合閘時(shí)間間隔內(nèi)，要考慮分布式電源速斷問(wèn)題。總之，該方案應(yīng)用的過(guò)程中需要考慮的問(wèn)題較多。如果采用孤島方案，則主要對(duì)時(shí)限配合、速斷等問(wèn)題進(jìn)行考慮，采用分布式發(fā)電的方式，對(duì)部分分配電系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立供電，如果出現(xiàn)故障問(wèn)題，也能確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)轉(zhuǎn)變了配電網(wǎng)的運(yùn)行方式，使其成為多個(gè)孤島進(jìn)行運(yùn)行，使分布式電源供電得到了充分有效的利用，進(jìn)而縮減了停電面積。

1.3 故障處理

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中接入光伏電源后，系統(tǒng)不僅整體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，運(yùn)行特征也出現(xiàn)了明顯的變化，所以不能再采用傳統(tǒng)的故障處理方式，可靠性分析方式也需要改進(jìn)和創(chuàng)新。實(shí)踐研究表明，如果備用電源采用分布式電源，供電可靠性會(huì)有明顯的提升。如果廣泛電源并網(wǎng)運(yùn)行于配電網(wǎng)系統(tǒng)中，則不利于系統(tǒng)可靠性的提升，甚至?xí)?lái)一定的負(fù)面影響。此外，如果系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)，風(fēng)分布式電源的不確定性較高，所以對(duì)可靠性有很大的影響[2]。由此可見(jiàn)，不論是分布式電源的接入方式，還是運(yùn)行方式，亦或是接入位置、電源特性等，都會(huì)對(duì)系統(tǒng)可靠性產(chǎn)生一定的影響，合理的接入會(huì)提升系統(tǒng)可靠性，反之則會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。在智能配電網(wǎng)高級(jí)配電運(yùn)行框架下，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體特性進(jìn)行分析，主要針對(duì)安全理論、電源協(xié)調(diào)和控制方法、自愈控制框架等進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)各類(lèi)問(wèn)題的分析和思考，提升光伏發(fā)電接入的可靠性和科學(xué)性，為智能配電網(wǎng)的發(fā)展提供更多依據(jù)。

1.4 微網(wǎng)動(dòng)態(tài)

許多中小容量的分布式電源都可以利用微網(wǎng)進(jìn)行管理，而微網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性則會(huì)受到各個(gè)電源的影響，進(jìn)而增加了微網(wǎng)設(shè)計(jì)的難度。在智能電網(wǎng)發(fā)展的過(guò)程中，分布式電源的接入種類(lèi)在不斷增多，且對(duì)系統(tǒng)的影響比較深遠(yuǎn)。微網(wǎng)技術(shù)是一種比較有效的電源管理手段，所以在智能電網(wǎng)建設(shè)的過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)微網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性、影響等方面的研究和分析。在研究的過(guò)程中，要先對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電源分布、負(fù)荷容量、接入方式等要素進(jìn)行分析，然后利用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行微網(wǎng)模型的構(gòu)建。例如，應(yīng)用光伏電站構(gòu)建微網(wǎng)模型。以此為基礎(chǔ)，對(duì)各種擾動(dòng)、運(yùn)行條件、控制方式等條件下的微網(wǎng)動(dòng)態(tài)特殊性進(jìn)行探索和分析。例如，如果主配電網(wǎng)短路故障，同時(shí)微網(wǎng)含有的電動(dòng)機(jī)負(fù)荷較大，需要對(duì)其恒功率控制、調(diào)差控制下的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究和分析，掌握了微網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性才能更好的處理系統(tǒng)中的其他問(wèn)題。

2 含光伏電源的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

2.1 電站建設(shè)規(guī)則

目前來(lái)看，要做好光伏電站的規(guī)劃建設(shè)，就要從多個(gè)方面著手考慮，主要包括能源、交通、氣候等因素，根據(jù)具體的負(fù)荷預(yù)測(cè)信息以及相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)，在符合電氣約束要求的同時(shí)，對(duì)光伏電站布點(diǎn)位置進(jìn)行優(yōu)化和完善，同時(shí)優(yōu)化站內(nèi)配置，確保發(fā)電站建設(shè)的合理性，使系統(tǒng)更加完善、靈活、可靠，避免接入配電網(wǎng)的過(guò)程中出現(xiàn)各類(lèi)不良影響。此外，在可以采用建筑一體化的建設(shè)方式，在建設(shè)規(guī)劃的過(guò)程中可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，這是一種常見(jiàn)的發(fā)電形式，具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。在選擇光伏電站容量的過(guò)程中，首先要考慮負(fù)荷正常運(yùn)行時(shí)對(duì)電力的需求，其次要對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行分析，確保其具有足夠的承受能力。在實(shí)際建設(shè)的過(guò)程中，由于太陽(yáng)能采集并不穩(wěn)定，所以需要采取有效的預(yù)測(cè)方式，通常采用負(fù)荷模型進(jìn)行預(yù)測(cè)。在建設(shè)規(guī)劃的過(guò)程中，還要對(duì)投入資金進(jìn)行考慮，合理控制成本，結(jié)合當(dāng)?shù)剌椪諒?qiáng)度的變化規(guī)律，確保容量配置的合理性。規(guī)劃人員要掌握光伏發(fā)電的特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)、安全、效率等多個(gè)方面著手考慮，確保光伏電站建設(shè)的科學(xué)性、合理性。

2.2 出力預(yù)測(cè)

影響光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的原因有很多，所以其往往具有不連續(xù)、不確定的問(wèn)題，最明顯的影響因素就是氣象條件。除此之外，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率的變化周期較強(qiáng)，會(huì)按照周期對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊性。調(diào)查資料顯示，電網(wǎng)發(fā)電容量中，需要對(duì)光伏發(fā)電比例進(jìn)行控制，通常保持在10%～15%即可，否則會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行造成影響[3]。所以，需要采取有效的電力預(yù)測(cè)措施，對(duì)光伏電源發(fā)電運(yùn)行特性進(jìn)行分析和掌握，這樣不僅可以解決關(guān)于調(diào)度、負(fù)荷的各類(lèi)問(wèn)題，還能降低其對(duì)電網(wǎng)造成的影響，可以為并網(wǎng)規(guī)劃提供更多參考依據(jù)。目前來(lái)看，我國(guó)對(duì)出力預(yù)測(cè)的研究并不全面，在研究的過(guò)程中，要根據(jù)實(shí)際構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)輻照強(qiáng)度對(duì)電源出力進(jìn)行模擬，采取相應(yīng)的算法，然后建立出力預(yù)測(cè)模型，利用模型實(shí)現(xiàn)出力預(yù)測(cè)。通常，對(duì)電源產(chǎn)生影響的原因較多，確定性模型很難描述，所以要根據(jù)電源出力的特點(diǎn)和其與影響因子之間的非線(xiàn)性關(guān)系進(jìn)行研究，然后獲取更加科學(xué)合理的算法。

2.3 智能配電網(wǎng)規(guī)劃

在常規(guī)配電網(wǎng)中接入光伏發(fā)電系統(tǒng)，會(huì)影響配電網(wǎng)的規(guī)劃，用戶(hù)側(cè)分布式電源接入量較大，導(dǎo)致負(fù)荷增長(zhǎng)，且難以對(duì)分布情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的影響較大。由于分布式電源多樣化，電源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)都是亟待解決的問(wèn)題。含光伏發(fā)電系統(tǒng)配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)具有綜合性的特點(diǎn)，在研究的過(guò)程中要從多個(gè)角度出發(fā)，需要進(jìn)行全面的分析，并堅(jiān)持相應(yīng)的技術(shù)型原則。在運(yùn)行框架的要求下，需要對(duì)其建設(shè)過(guò)程中面臨的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行考慮，具體的問(wèn)題和對(duì)應(yīng)研究方針上文已經(jīng)有所闡述和分析。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，光伏電源并網(wǎng)會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題，這些問(wèn)題需要通過(guò)實(shí)踐和研究來(lái)探索解決辦法，主要設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)規(guī)劃、運(yùn)行、管理等方面。在光伏發(fā)電建設(shè)的過(guò)程中，分布式電源是不可或缺的一部分。為了確保建設(shè)的合理性，要從基礎(chǔ)問(wèn)題著手，做好高層次優(yōu)化應(yīng)用，構(gòu)建完善的科研平臺(tái)，展開(kāi)全方位的研究和分析，確保智能電網(wǎng)健康持續(xù)的發(fā)展。