光伏發(fā)電接入對配電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響

任志金 陳陶然

江蘇林洋新能源科技有限公司 江蘇 南京 210019

在強(qiáng)調(diào)環(huán)保的今天，全世界對于能源的基本需求發(fā)生了改變，其不僅希望能源資源可以滿足基本的社會運(yùn)轉(zhuǎn)需求，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)能源資源的可再生性與環(huán)保性。作為可再生能源中的翹楚，光伏發(fā)電技術(shù)近年來發(fā)展迅速。光伏發(fā)電作為可再生能源，具有污染少、發(fā)電靈活等長處，因此愈來愈多被運(yùn)用于電網(wǎng)運(yùn)行。但是其不穩(wěn)定的特性又很可能會影響到配電網(wǎng)電網(wǎng)質(zhì)量，所以還是要繼續(xù)對其進(jìn)行深入研究在大面積投入使用。在應(yīng)用光伏發(fā)電的過程中，若忽視了數(shù)量和規(guī)則，也極有可能對于配電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來很多負(fù)面影響。我們能做的就是深入地分析這些或正面或負(fù)面的影響，并明確問題根源到底在哪里，從而最終達(dá)到保護(hù)配網(wǎng)安全的目的。

一、淺析光伏電源的結(jié)構(gòu)以

（1）分布式光伏電池組件

顧名思義，光伏電池組件指的是由若干個光伏電池連接所構(gòu)成的組件，由于單一光伏電池的能量供給相對較為有限，且受到技術(shù)因素限制導(dǎo)致光伏電池的容積相對較小，故通過串聯(lián)、并聯(lián)等方式構(gòu)成光伏電池組件后則可以有效規(guī)避能源容積所造成的負(fù)面影響。

（2）逆變器

跟光伏電池組件不同，逆變器是滿足人們?nèi)粘Ｉ钣秒娦枨蟮囊淮箨P(guān)鍵備案，它的主要功能就是把輸入的直流電轉(zhuǎn)化變成交流電之后再輸出。

（3）控制器

控制器是可以控制光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠產(chǎn)生能量趨向的，而為合理地控制電池組充放電次數(shù)，電流依據(jù)并聯(lián)光伏組件工作電流的選擇。

（4）蓄電池組

光伏電池在光照下所產(chǎn)生的電能其實(shí)是可以儲存起來的，而蓄電池就是這個用途。當(dāng)下，因?yàn)橄嚓P(guān)技術(shù)并不成熟，金屬氰化物鎳電池還僅僅被用于一部分小型的離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)之中。

二、分布式發(fā)電的影響

（一）對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

（1）對于三段式過流保護(hù)影響。從光伏發(fā)電的運(yùn)行原理角度來看，由于電源故障所引發(fā)配電網(wǎng)故障時(shí)，會同步引發(fā)故障電流的出現(xiàn)，而故障電流則會導(dǎo)致繼電保護(hù)器的正常判斷。它所造成的影響跟它分布的容量、位置以及串聯(lián)電抗值等因素有關(guān)。這些都會影響線路保護(hù)動作靈敏性，還很有可能會造成拒動或者是保護(hù)誤動，還很可能造成鄰近線路瞬時(shí)速斷保護(hù)，從而失去選擇性造成誤動作。

（2）對于高壓熔斷器保護(hù)影響。光伏發(fā)電接入電網(wǎng)之后，電網(wǎng)的性質(zhì)與格局發(fā)生了根本上變化，這樣的變化使得熔斷器保護(hù)不再能夠滿足故障后僅斷開故障的支路，最終沒辦法滿足其選擇性。

（3）對于距離保護(hù)影響。方向性是距離保護(hù)的一大特點(diǎn)。而距離保護(hù)則是一部分重要線路所常用的保護(hù)。

（二）對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

近年來，隨著我國科技水平的不斷進(jìn)步和持續(xù)發(fā)展，我國對于光伏發(fā)電的技術(shù)認(rèn)識不斷提高，且隨著實(shí)踐應(yīng)用時(shí)間的增加，我國的光伏發(fā)電技術(shù)逐漸成型，并可以直接應(yīng)用于商業(yè)化發(fā)電。在技術(shù)進(jìn)步的推動之下，我國逐步加強(qiáng)了對于光伏發(fā)電的扶持力度，鼓勵其持續(xù)擴(kuò)大規(guī)模和產(chǎn)量，這也導(dǎo)致光伏發(fā)電在配電網(wǎng)中的占比逐年上升。隨著光伏發(fā)電的占比逐漸增加，光伏發(fā)電對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響研究就成為了必然的趨勢。

（1）正面積極影響。從某種角度來看，光伏發(fā)電的廣泛應(yīng)用從根本上改變了電力能源供給結(jié)構(gòu)，豐富了電力能源的供給體系。實(shí)踐證明，當(dāng)?shù)胤焦夥l(fā)電的占比達(dá)到較高水平之后，可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)的電能供給平衡，不僅可以保證區(qū)域供電的充足性，且能夠避免由于長距離輸電所造成的電能損耗問題。此外，光伏發(fā)電的服務(wù)范圍相對較為優(yōu)先，這也意味著當(dāng)配電網(wǎng)關(guān)聯(lián)負(fù)載達(dá)到較高水平時(shí)，光伏電源的接入可以迅速為配電網(wǎng)提供功率支持，保證整個配電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

（2）負(fù)面消極影響。光伏電源接入配電網(wǎng)意味著配電網(wǎng)供電模式的改變。由于光伏發(fā)電自身具有波動性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，容易受到自身因素的影響和限制，故在實(shí)際供電過程中容易引發(fā)電壓閃變與波動、電壓越限以及諧波污染等諸多問題，甚至可能會給廣大電力用戶造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

對于高光伏滲透率配電網(wǎng)而言，其更容易受到自然因素的影響，一旦出現(xiàn)突發(fā)天氣變化，則會造成電壓驟降以及閃變等問題，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整個配電網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)波動，甚至?xí)斐晒╇姷闹袛?。此外，光伏發(fā)電自身具有波動性的特征，當(dāng)光伏電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間的負(fù)荷并不協(xié)調(diào)時(shí)，不僅會影響到電源的供給，同時(shí)也會增加電網(wǎng)的調(diào)壓難度。尤其是在高光伏滲透率配電網(wǎng)當(dāng)中，一旦調(diào)壓不當(dāng)，則可能會引起潮流逆流所導(dǎo)致的電壓等問題出現(xiàn)。光伏電源的諧波污染也是不容忽視的一大問題，光伏電源的滲透率占比越高，則意味著諧波污染的影響力越大，甚至可能會造成諧波疊加、諧波諧振等諸多問題。

三、對配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗影響

光伏發(fā)電并網(wǎng)之后勢必會形成不同程度的配網(wǎng)損耗，具體的損耗程度則要取決于發(fā)電容量及并入的位置。它被接入配電網(wǎng)任意位置在一定程度上都會增加線路的損耗，并在越靠近線路末端的地方，其所造成的損耗就越大。需要注意的是，當(dāng)光伏發(fā)電并網(wǎng)容量較大時(shí)，可能會引發(fā)向配電網(wǎng)倒送功率的現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p耗大幅度增加。

四、解決措施分析

（一）優(yōu)化接入系統(tǒng)

通過對我國光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，目前應(yīng)用于商業(yè)發(fā)電的光伏發(fā)電接入形成多達(dá)13種?？紤]到光伏發(fā)電行業(yè)的未來發(fā)展需求及走勢，后續(xù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對接入方案進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)構(gòu)建方案模型庫，以滿足不同規(guī)格發(fā)電的接入需求。此外，需要進(jìn)一步提高方案模型庫的動態(tài)配置能力，要能夠?qū)夥l(fā)電接入電網(wǎng)的全面因素進(jìn)行綜合分析，從而滿足不同的需求。且整個模型庫需要保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，要具有定制化特征，并便于維護(hù)。

此外，還可以依照模糊匹配技術(shù)以及接入方案數(shù)據(jù)庫去開發(fā)接入系統(tǒng)。并且，通過設(shè)置特定的邊界條件，也可開發(fā)出具備接入系統(tǒng)方案的自動優(yōu)選功能模塊計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)接入設(shè)計(jì)的方案自動形成。這些將大大縮減分布式光伏接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期，并且加快分布式光伏并網(wǎng)的有效開展。

（二）模糊匹配以及自動優(yōu)選策略

隨著光伏發(fā)電在我國的發(fā)展速度不斷加快，其滲透率呈現(xiàn)出逐年增長的發(fā)展趨勢，大量的分布式光伏并網(wǎng)對于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、自愈系統(tǒng)、電壓波動、繼電保護(hù)以及饋線自動化等等方面都會產(chǎn)生不同程度上的影響。

（1）針對于接入方案各項(xiàng)指標(biāo)，并綜合考慮出分布式光伏用戶以及電網(wǎng)公司在于接入方案建設(shè)、檢修以及運(yùn)行等經(jīng)濟(jì)方面，引入效益加權(quán)均衡法等方法，從而選擇出綜合效益最大的接入方案為推薦方案，最終實(shí)現(xiàn)綜合最佳方案自動選擇。

（2）基于分布式光伏全參數(shù)量化基礎(chǔ)，將配網(wǎng)拓?fù)洹⒔尤肴萘恳约敖尤腚妷旱燃壍葏?shù)對于分布光伏接入的方案影響實(shí)施排序升級。接著對于各類參數(shù)實(shí)施相似度遠(yuǎn)離模糊匹配，從而構(gòu)建出模糊函數(shù)，并提出切實(shí)有效的閾值和規(guī)則，最終實(shí)現(xiàn)接入方案最優(yōu)匹配。這樣能夠?yàn)槎嗉s束條件、多參數(shù)條件下的設(shè)計(jì)方案的自動優(yōu)選提供一個穩(wěn)固基礎(chǔ)。

（三）完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范和革新設(shè)備

考慮到光伏發(fā)電的特殊性，后續(xù)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對發(fā)電技術(shù)參數(shù)、控制特性等內(nèi)容進(jìn)行深入研究，并對于其并網(wǎng)的無功配置、規(guī)模、電能質(zhì)量以及接入電壓的等級等等做出一定的設(shè)計(jì)要求。其次，需要進(jìn)一步迎合光伏并網(wǎng)的發(fā)展趨勢，對現(xiàn)有的配電網(wǎng)調(diào)壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，以滿足并網(wǎng)所造成的電壓波動調(diào)整需求，從根本上保證整個配電網(wǎng)絡(luò)的安全性。

（四）配電網(wǎng)基礎(chǔ)改造

為滿足光伏并網(wǎng)的基本需求，需要進(jìn)一步對配電網(wǎng)進(jìn)行基礎(chǔ)改造，改造時(shí)應(yīng)當(dāng)依據(jù)盈余發(fā)電比值大小而決定。

（1）當(dāng)值小于0，這說明整個光伏發(fā)電完全自發(fā)自用。在這種情況下，逆向潮流情況根本不會出現(xiàn)。

（2）當(dāng)值大于0小于1，分布式光伏發(fā)電功率分時(shí)段則會出現(xiàn)類似系統(tǒng)返送情況，但是在這種情況下，出現(xiàn)逆向潮流則并不會大于它的最大負(fù)荷。

（3）當(dāng)值的大于1小于2，則說明光伏發(fā)電的整體功率相對不夠穩(wěn)定，即具有明顯的時(shí)間特征，會在特定時(shí)間段大量發(fā)電，故這種情況下所出現(xiàn)的逆向潮流絕對值大于正向潮流的絕對值。這些對于已建造完成的配電網(wǎng)來說，若是單輻射供電模式，就通常會發(fā)生例如網(wǎng)絡(luò)阻塞等問題，那么改造就是必須進(jìn)行的。若是雙輻射供電模式，則只需要局部改造就可以了。

（4）當(dāng)值大于2，則說明光伏發(fā)電的功率已經(jīng)超過了配電網(wǎng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷功率，對于已經(jīng)在建設(shè)中的配電網(wǎng)來說，網(wǎng)絡(luò)阻塞情況則會非常嚴(yán)重，那么就需要大規(guī)模實(shí)施改造，不斷擴(kuò)寬配電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷功率范圍，以保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)作。

五、結(jié)束語

綜合來看，分布式光伏發(fā)電正式并入電網(wǎng)，在很大程度上有利于可再生能源的擴(kuò)大運(yùn)用，對我國安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行等方面都有著積極意義，理應(yīng)被大力推廣并使用。與此同時(shí)，對于配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、繼電保護(hù)以及網(wǎng)絡(luò)損耗等幾個方面也帶來了不容忽視的一些影響。因此，在發(fā)展光伏發(fā)電的過程中，需要充分考慮光伏發(fā)電的并網(wǎng)問題，本文簡要分析并闡述了上述問題，最后提出了幾個解決措施以供參考，希望能對工程實(shí)踐做出微薄貢獻(xiàn)。