分布式光伏發(fā)電接入農(nóng)村配電網(wǎng)的思考

鄭中麗

摘要：光伏發(fā)電從本質(zhì)上講是可持續(xù)的電能生產(chǎn)方式之一，其發(fā)電原理為：利用光生伏特效應(yīng)（半導(dǎo)體材料）將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，從而滿(mǎn)足用電需求和供電需求，將電能輸送到電網(wǎng)。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)一般指利用接入低壓配電網(wǎng)的方式進(jìn)行光伏發(fā)電，具有靈活環(huán)保的特點(diǎn)，但其潮流分布和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)影響配網(wǎng)電能質(zhì)量、電能調(diào)度。可見(jiàn)，深入研究分布式光伏發(fā)電接入方式是非常必要且重要的。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電;農(nóng)村;配電網(wǎng)

引言

我國(guó)建筑屋頂資源豐富，開(kāi)發(fā)建設(shè)屋頂分布式光伏潛力巨大。同時(shí)，由于建筑屋頂分布廣泛、資源分散、單體規(guī)模小、開(kāi)發(fā)建設(shè)協(xié)調(diào)工作量大，一定程度上制約了屋頂分布式光伏發(fā)電大規(guī)模發(fā)展。目前，部分省份已啟動(dòng)了整縣推進(jìn)光伏發(fā)電的相關(guān)工作，未來(lái)農(nóng)村地區(qū)分布式光伏發(fā)展大有空間，高滲透率的光伏電站接入將會(huì)對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響?！疤歼_(dá)峰、碳中和”是未來(lái)我國(guó)的中長(zhǎng)期能源目標(biāo)，分布式光伏發(fā)電的發(fā)展必將推動(dòng)該目標(biāo)的更好實(shí)現(xiàn)，農(nóng)村地區(qū)也必將成為分布式光伏建設(shè)的主戰(zhàn)場(chǎng)。如何在整縣推進(jìn)過(guò)程中積極引導(dǎo)農(nóng)村地區(qū)分布式光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，同時(shí)保證農(nóng)村配電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行值得我們認(rèn)真思考。

1分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

分布式光伏發(fā)電一般采用就近選址原則減小光伏發(fā)電單元到負(fù)荷之間的距離，將光伏板安裝于距離負(fù)荷較近的配電網(wǎng)上。光伏發(fā)電具有較強(qiáng)的靈活性和較好的經(jīng)濟(jì)性，光伏發(fā)電設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，省時(shí)省力。圖1展示了光伏發(fā)電單元的主要結(jié)構(gòu)。光伏發(fā)電單元是由光伏陣列、直流控制器、逆變器和儲(chǔ)能裝置等有效連接組成的整體系統(tǒng)。光伏電池板是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵設(shè)備，是整個(gè)系統(tǒng)的核心設(shè)備。直流控制系統(tǒng)和逆變器主要起電流控制的作用，它將光伏板發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電再上網(wǎng)給負(fù)荷供電。儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠?qū)⒁欢ㄏ蘖康碾娔軆?chǔ)存起來(lái)。

2分布式光伏下的配電網(wǎng)問(wèn)題

電能質(zhì)量問(wèn)題（1）光伏發(fā)電具有隨機(jī)性與波動(dòng)性，受氣候變化、晝夜變化等因素影響大，高滲透率的光伏發(fā)電啟動(dòng)與停止將對(duì)配電網(wǎng)電壓幅值、頻率等產(chǎn)生影響，造成配電網(wǎng)電壓閃變。（2）分布式光伏發(fā)電的配電網(wǎng)接入位置和容量適宜，能有效提高配電網(wǎng)用戶(hù)電壓合格率，但是受限于現(xiàn)實(shí)條件和高滲透率分布式光伏配電網(wǎng)規(guī)劃的復(fù)雜程度，其接入位置與容量往往不是特別理想，同時(shí)區(qū)域內(nèi)的分布式光伏還會(huì)互相影響，這不僅會(huì)導(dǎo)致無(wú)法抑制配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)，還會(huì)導(dǎo)致部分負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓超出規(guī)定值，造成配電網(wǎng)中設(shè)備損傷。配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗損高滲透率分布式光伏下的配電網(wǎng)中，潮流分布發(fā)生變化，配電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗將隨著分布式光伏發(fā)電接入位置、接入容量不同而發(fā)生變化。繼電保護(hù)問(wèn)題高滲透率光伏發(fā)電會(huì)改變配電網(wǎng)中的潮流分布，將改變傳統(tǒng)輻射狀配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)原有的繼電保護(hù)策略造成影響。其主要影響包括：一是潮流方向發(fā)生變化，導(dǎo)致配電網(wǎng)中的方向性元件產(chǎn)生判斷錯(cuò)誤;二是配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，如果不能及時(shí)切除分布式光伏電源，那么將對(duì)故障分量產(chǎn)生影響，影響繼電保護(hù)范圍;三是故障后通過(guò)自動(dòng)重合閘消除非永久性故障，如果沒(méi)有切除分布式光伏電源，就會(huì)導(dǎo)致電弧重燃，不僅會(huì)造成故障無(wú)法切除，還會(huì)危及配電網(wǎng)安全，降低配電網(wǎng)供電可靠性。

3解決措施

3.1阻止電壓越限

在長(zhǎng)期的發(fā)展之后，光伏發(fā)電技術(shù)得到了更為廣泛的利用，電力公司也因此獲得了相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)利益。然而，在該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還必須對(duì)光伏發(fā)電展開(kāi)更為合理的管控。應(yīng)該在計(jì)算其運(yùn)行功率時(shí)采用移動(dòng)平均的計(jì)算方式。不過(guò)，通過(guò)和初識(shí)發(fā)電功率比較可知，在使用該計(jì)算方式展開(kāi)計(jì)算時(shí)會(huì)出現(xiàn)顯著的縮減情況。通過(guò)對(duì)光伏系統(tǒng)曲線與構(gòu)架展開(kāi)分析，能夠計(jì)算出系統(tǒng)的總功率，同時(shí)通過(guò)計(jì)算子系統(tǒng)，能夠得出各個(gè)時(shí)段的功率。由此可見(jiàn)，該計(jì)算方式適用于光伏系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行。同時(shí)，使用滑窗方法展開(kāi)計(jì)算還能夠得到更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3.2明確分布式光伏發(fā)電“先接入，后改造”條件

根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際估算典型低壓臺(tái)區(qū)可接入容量。為避免影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到臺(tái)區(qū)可接納極限后，暫停該臺(tái)區(qū)分布式光伏發(fā)電接入，先接入鄰近臺(tái)區(qū)，并立即啟動(dòng)改造流程，待改造評(píng)估安全后方可接入。

3.3構(gòu)建儲(chǔ)能發(fā)電體系

從發(fā)電系統(tǒng)整體運(yùn)行的角度而言，分布式光伏發(fā)電整合了體系中的不同部分，通過(guò)儲(chǔ)能構(gòu)件的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)電力的輸送。同時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)也需要相關(guān)配套設(shè)備的支持，后者是儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)中的主要組成部分。對(duì)于控制和調(diào)節(jié)電壓而言，起到主導(dǎo)作用的是變流器。變流器一方面能夠?qū)㈦妷翰▌?dòng)控制在規(guī)定的限度你，另一方面也能夠根據(jù)不同時(shí)段的需要穩(wěn)定系統(tǒng)電壓。對(duì)于直流側(cè)架構(gòu)而言，諧波的產(chǎn)生會(huì)受到電壓的管控，從而為交流的穩(wěn)定提供保障。由此可見(jiàn)，在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入的情況下，必須配置交流裝置，特別是在電源模式下更是如此，在充放電的情況下也能夠有效管治負(fù)載。

3.5加快農(nóng)網(wǎng)升級(jí)改造主動(dòng)適應(yīng)分布式光伏發(fā)電接入

加快農(nóng)村電網(wǎng)升級(jí)改造步伐，主動(dòng)適應(yīng)分布式光伏發(fā)電接入。政府、電網(wǎng)公司需配套出臺(tái)相應(yīng)的工程項(xiàng)目支撐，配合“雙碳”目標(biāo)，既促進(jìn)分布式電源接入，又保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

結(jié)束語(yǔ)

本文分析了在接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，配電網(wǎng)電壓的波動(dòng)情況，以此提出了防止電壓越限的合理方法。同時(shí)，研究了體系構(gòu)架和配電網(wǎng)電壓的變化幅度情況，以此制定了改善儲(chǔ)能發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的方法。通過(guò)上述分析可知，影響中國(guó)目前配電網(wǎng)電壓的主要因素是節(jié)點(diǎn)配網(wǎng)構(gòu)架和不同時(shí)段的電壓值，因此為了能夠更加有效地對(duì)配電網(wǎng)電壓展開(kāi)控制和調(diào)節(jié)，科研人員還應(yīng)該對(duì)相關(guān)影響因素展開(kāi)分析，為中國(guó)光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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