并網(wǎng)光伏電站對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響及對策

姜力華

摘要：近年來，在國家相關(guān)政策及扶持下，我國分布式光伏電站呈現(xiàn)出“點(diǎn)多面廣、局部高密度并網(wǎng)”的發(fā)展態(tài)勢。而隨著分布式光電裝機(jī)數(shù)量的增加，也一定程度上對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響，尤其是在電力平衡、無功調(diào)節(jié)、電能質(zhì)量控制等方面提出了更高的要求?；诖?，本文重點(diǎn)對分布式光伏電站并網(wǎng)后對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響及對策進(jìn)行探討，旨在保證分布式光伏有序并網(wǎng)，進(jìn)而保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：分布式光伏電站;并網(wǎng);電網(wǎng)運(yùn)行;影響;對策

集中式大型并網(wǎng)光伏電站，通常是國家級別的電站，其特點(diǎn)在于發(fā)電能直接輸送電網(wǎng)，之后由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配為用戶供電。但集中式大型并網(wǎng)光伏電站因其投資較大、建設(shè)周期較長、占地面積較大等原因，目前還處于初期的發(fā)展階段。分布式并網(wǎng)光伏電站，由于投資小、建設(shè)速度快、占地面積小，加之有國家政策的大力扶持，目前是廣泛發(fā)電并網(wǎng)的主流。

1、光伏發(fā)電站并網(wǎng)的主要方式

目前光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要有這四種：一是切換型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種系統(tǒng)帶有儲能裝置，且具有自動運(yùn)行雙向切換的功能，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)停電時，光伏系統(tǒng)可自動切換，使得光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)分離，光伏發(fā)電系統(tǒng)以獨(dú)立的狀態(tài)工作;二是有儲能裝置的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)在于主動性較強(qiáng)，若電網(wǎng)出現(xiàn)停電、限電等故障情況，可獨(dú)立運(yùn)行，并且能負(fù)載供電，其帶有的儲能裝置，可作為緊急通信電源、醫(yī)療設(shè)備、加油站等重要或應(yīng)急負(fù)載的供電系統(tǒng);三是有逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種光伏發(fā)電系統(tǒng)主要依靠太陽能光伏發(fā)電，在太陽能光伏發(fā)電電能充裕的情況下，可將剩余的電能傳送至公共電網(wǎng)中，若太陽能光伏發(fā)電電能不足，就需要由電能向負(fù)載買電。由于其在向電網(wǎng)供電時，與電網(wǎng)供電的方向相反，因此稱為有逆流光伏發(fā)電系統(tǒng);四是無逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)只有在供電不足時，才會由電網(wǎng)負(fù)載供電，即便太陽能發(fā)電充裕，也不進(jìn)行供電。

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的方式主要有兩種：一種是集中式并網(wǎng)，就是將發(fā)電電能直接輸送給電網(wǎng)，并由電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配和供電，電力交換為單向。這種并網(wǎng)方式適用于大型的光伏電站并網(wǎng);另一種是分散式并網(wǎng)，主要將電能發(fā)送至用電負(fù)載上，由電網(wǎng)系統(tǒng)對剩余或不足的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)，電力交換是雙向的。這種并網(wǎng)方式適用于小型光伏發(fā)電站的并網(wǎng)。

2、并網(wǎng)光伏電站對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響

2.1 對電網(wǎng)運(yùn)行特性產(chǎn)生影響

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)主要與太陽光照相關(guān)，因此具有晝發(fā)夜停的特征，其在接入電網(wǎng)后，往往也會呈現(xiàn)出較大幅度的波動。雖然光伏發(fā)電站主要是通過太陽能發(fā)電，優(yōu)勢是無污染、無噪音、運(yùn)行成本低、不需要長距離輸送燃料，但畢竟與傳統(tǒng)的火電站、水電站、風(fēng)電站等有一定的區(qū)別，因此其在接入電網(wǎng)時具有一定的特殊性，進(jìn)而一定程度上會對電網(wǎng)運(yùn)行的特性產(chǎn)生影響。

2.2 對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響

并網(wǎng)光伏電站并入電網(wǎng)系統(tǒng)中，也會對電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。具體而言，在光伏發(fā)電接入電網(wǎng)系統(tǒng)時，一般需要安裝大量的整流和逆變裝置，而這些大功率的電子器件，往往會產(chǎn)生較高的諧波，從而給電網(wǎng)帶來嚴(yán)重的諧波污染，不利于保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，也不利于電網(wǎng)正常供電。另外，所產(chǎn)生的諧波濾除難度較大，還會激發(fā)功率振諧，此時就會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。無論是電網(wǎng)系統(tǒng)還是電力用戶，電流諧波均有較大的危害，如會改變電壓平均值、使得旋轉(zhuǎn)電機(jī)與發(fā)電機(jī)發(fā)熱、變壓器發(fā)熱、干擾通信系統(tǒng)等。

2.3 對配電網(wǎng)線損率產(chǎn)生影響

在不同節(jié)點(diǎn)的變壓以及光伏電站變量的變化下，會使得支路上的電流流向發(fā)生改變。如果光伏電池的總?cè)萘枯^大，會使得局部電流分布出現(xiàn)變化，進(jìn)而對電網(wǎng)造成損傷。可見，光伏電站接入容量會對配電網(wǎng)線損率產(chǎn)生影響。在光伏電站的總體接入容量持續(xù)增加時，配電網(wǎng)的損耗情況會逐漸增加，但到了一定程度后會逐漸減少。因此在光伏電站并網(wǎng)接入時，需要結(jié)合具體的情況分析，控制好光伏電站接入容量，確保電網(wǎng)正常運(yùn)行的同時，適時調(diào)整，以降低其對配電網(wǎng)的損傷。

2.4 對配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生影響

光伏發(fā)電站接入電網(wǎng)，因其容量較小，也會對配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生一定的影像。不同的并網(wǎng)方式對配電繼電保護(hù)有不同的影響路徑，尤其是分布式光伏電站的并網(wǎng)方式，對電網(wǎng)繼電保護(hù)影響較大。主要因為分布式發(fā)電系統(tǒng)通常會接入配電系統(tǒng)的末端，但配電系統(tǒng)的電壓等級相對較低，除了一些小電源以外，幾乎是負(fù)荷為主，潮流方向單一，因此在配電網(wǎng)中所設(shè)置的繼電保護(hù)裝置主要是過流保護(hù)的形式，并不具有特定的方向性。而光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏電源在接入配電系統(tǒng)后，會使得配網(wǎng)的潮流發(fā)生改變，可能會引起雙向流動，顯然傳統(tǒng)的繼電保護(hù)形式并不適應(yīng)這樣的雙向流動保護(hù)，因此容易出現(xiàn)誤動、分支失點(diǎn)等問題，使得繼電保護(hù)的可靠性降低。

3、保證光伏電站并網(wǎng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的對策

3.1 科學(xué)合理接入

在光伏電子接入電網(wǎng)系統(tǒng)時，為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)科學(xué)合理接入。首先，應(yīng)對光伏接入布點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，選擇適宜的光伏接入點(diǎn)，重視光伏接入系統(tǒng)接入后的優(yōu)化研究，包括優(yōu)化光伏電站的布點(diǎn)和容量等，由此對系統(tǒng)潮流進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而提高光伏發(fā)電并網(wǎng)后電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其次，應(yīng)選擇合適的電網(wǎng)接入方式，主要包括專線接入、末端接入、分支進(jìn)入、間歇性切斷等方式。其中，專線接入可提高電網(wǎng)接入的科學(xué)性和有效性，但需要注意的是，在接入時，應(yīng)對分布式電源進(jìn)行優(yōu)化，也要對母線和接地線等結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，選擇合適的地點(diǎn)和位置。另外還需要重視接入后電網(wǎng)運(yùn)行安全問題的有限元分析。通過整體的優(yōu)化設(shè)計來達(dá)到良好的效果;合理末端接入方式，也可減少對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，在末端接入時，應(yīng)避免出現(xiàn)操作失誤的問題，同時在設(shè)計過程中，要有效排查電流失的故障，在此基礎(chǔ)上合理設(shè)置電流保護(hù)裝置，避免因電流保護(hù)能力缺失而造成電流障礙。最后，針對光伏電站接入容量對配電網(wǎng)線損率的影響，應(yīng)保證光伏電站接入容量不高于光伏準(zhǔn)入容量，確保電量平穩(wěn)輸送，從而降低對配電網(wǎng)造成的損傷?？赏ㄟ^數(shù)值計算法和數(shù)字仿真法來計算出光伏電站的接入容量。

3.2 調(diào)整優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)架架構(gòu)

由于太陽光照強(qiáng)度直接影響太陽能光伏電站的輸出功率，因此在受到光照、天氣、季節(jié)、溫度等因素影響時，會增加發(fā)電裝置輸出功率的不穩(wěn)定性，進(jìn)而對電網(wǎng)的電壓控制產(chǎn)出不良的影響，甚至改變高壓電壓的電壓特性。此時就需要對電網(wǎng)網(wǎng)架架構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化，應(yīng)保證電網(wǎng)網(wǎng)架架構(gòu)完善，確保送電通道回路配合良好，以及讓光伏電站與電網(wǎng)之間保持適宜的電氣距離，從而為光伏電源接入提供穩(wěn)定的電壓支持，進(jìn)而提高電網(wǎng)系統(tǒng)的接納能力。

3.3 增加無功補(bǔ)償裝置

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)接入時，因其在能源方面有較大的波動性，加之長距離和長時間的外界輸送，可能會對電網(wǎng)的無功平衡產(chǎn)生影響，而且還會出現(xiàn)諧波污染。針對這樣的問題，就需要在光伏發(fā)電接入時，進(jìn)行無功調(diào)節(jié)的完善，可通過增設(shè)無功補(bǔ)償裝置的方式，提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，并降低供電變壓器與輸電線路的損耗，如此既能夠提高供電的效率，還能夠有效改善供電的環(huán)境，進(jìn)而充分保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)語：

總之，光伏電站接入電網(wǎng)系統(tǒng)中，會一定程度上對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，主要體現(xiàn)在電網(wǎng)運(yùn)行特性改變、影響電能質(zhì)量、影響繼電保護(hù)、影響配電網(wǎng)線損率等等，為此，還需要結(jié)合具體的情況，采取有效的優(yōu)化措施改善，尤其是要對接入后電網(wǎng)安全問題的深入分析，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計和合理調(diào)整，以保證光伏發(fā)電并網(wǎng)后電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

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