淺析分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)的影響

何德衛(wèi)

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東 佛山 528000）

分布式光伏發(fā)電通過(guò)安裝在住宅或商業(yè)建筑屋頂?shù)陌l(fā)電模塊產(chǎn)生電能，并輸送到配電網(wǎng)中，具有自發(fā)自用、就地消納、干凈清潔等特點(diǎn)，可在一定程度上緩解部分缺電地區(qū)用電緊張的問(wèn)題，也可緩解用電高峰時(shí)的供電壓力。但隨著分布式光伏發(fā)電規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，分布式光伏電能對(duì)電網(wǎng)的影響越來(lái)越不容忽視。研究分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響并提出相關(guān)解決措施對(duì)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定具有重要意義。

1 分布式光伏發(fā)展現(xiàn)狀

分布式電源作為一種自發(fā)自用的能源，可作為集中供電方式的補(bǔ)充。將配電網(wǎng)與分布式電源相結(jié)合，在一定程度上解決電力系統(tǒng)事故后電力供應(yīng)的問(wèn)題，節(jié)省電力建設(shè)投資，提高配電網(wǎng)調(diào)度靈活度以及滿(mǎn)足配電網(wǎng)對(duì)于供電可靠性的要求。

分布式電源安裝在用戶(hù)端，以太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等發(fā)電方式最為常見(jiàn)，單機(jī)裝機(jī)容量不超過(guò)6 MW 并且通常以10 kV 及以下電壓等級(jí)接入配電網(wǎng)。分布式電源建設(shè)成本小且清潔低碳，組網(wǎng)并網(wǎng)方式比較靈活，因此越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用到電力系統(tǒng)中。分布式光伏發(fā)電一般是安裝在住宅或商業(yè)建筑樓頂?shù)墓夥l(fā)電項(xiàng)目，具有自發(fā)自用、選址靈活、余量上網(wǎng)等特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)大力發(fā)展的未來(lái)發(fā)電方式之一。

隨著國(guó)家密集出臺(tái)相關(guān)分布式光伏能源政策，分布式光伏能源逐年快速增長(zhǎng)，截至2019年底全國(guó)分布式光伏總裝機(jī)容量達(dá)6453 萬(wàn)kW，占光伏發(fā)電量總量超30%。圖1 為2014—2020 年分布式光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量所占比重變化。

圖1 分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量占比

2 分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)的影響

2.1 對(duì)電能質(zhì)量的影響

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后對(duì)電能質(zhì)量的影響通常體現(xiàn)在諧波污染、電壓波動(dòng)等方面。分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電須經(jīng)過(guò)逆變器調(diào)制為交流電后才能并入配電網(wǎng)，但并網(wǎng)逆變器在高頻調(diào)制直流電過(guò)程中容易產(chǎn)生諧波，諧波經(jīng)并聯(lián)輸出后放大，存在難以預(yù)測(cè)與治理的問(wèn)題。此外，分布式光伏發(fā)電極易受天氣影響，輸出功率波動(dòng)較大，并網(wǎng)后將對(duì)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量造成一定程度上的影響。隨著分布式光伏電源的大量接入，配電網(wǎng)系統(tǒng)的功能也隨之改變，由電能分配系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占鬏?、分配于一體的信息配電網(wǎng)系統(tǒng)。

解決措施：分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目在規(guī)劃階段應(yīng)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足IEC 61000-4-30 標(biāo)準(zhǔn)要求的電能質(zhì)量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，在并網(wǎng)點(diǎn)安裝諧波抑制裝置，使得諧波電壓能夠滿(mǎn)足GB/T 14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的相關(guān)要求。

2.2 對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行控制的影響

當(dāng)大規(guī)模分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入配電網(wǎng)時(shí)，光照強(qiáng)度的變化將導(dǎo)致分布式光伏發(fā)電輸出功率的大幅度波動(dòng)，從而使得電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃人員難以精確預(yù)測(cè)負(fù)荷增長(zhǎng)變化，影響電網(wǎng)調(diào)度以及光伏發(fā)電的有效利用。由于分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)，傳統(tǒng)發(fā)電與運(yùn)行計(jì)劃不再適用新型配電網(wǎng)，須考慮到光伏發(fā)電的不確定性，進(jìn)一步準(zhǔn)確預(yù)測(cè)配電網(wǎng)短期負(fù)荷。隨著分布式光伏發(fā)電裝機(jī)的規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，配電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的壓力也與之俱增。雖然分布式光伏發(fā)電可在電力系統(tǒng)事故后起到支撐作用，但光伏發(fā)電的調(diào)峰能力較差，并且隨著分布式光伏發(fā)電穿透功率的增加，電力系統(tǒng)內(nèi)的峰谷差將進(jìn)一步擴(kuò)大。

大規(guī)模分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)將使得配電網(wǎng)的分布式電源系統(tǒng)呈現(xiàn)出多點(diǎn)、多地分散的特點(diǎn)。當(dāng)多點(diǎn)、多地分散的分布式光伏電源及其他分布式電源同時(shí)并網(wǎng)時(shí)，傳統(tǒng)的無(wú)功調(diào)度與電源控制策略不再適用，若協(xié)調(diào)不好各分布式電源之間的運(yùn)行計(jì)劃，那么將對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰、電壓穩(wěn)定以及頻率穩(wěn)定帶來(lái)較大的影響，增大了配電網(wǎng)運(yùn)行控制的難度。

解決措施：結(jié)合大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，研發(fā)分布式光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)；結(jié)合新型配電網(wǎng)模型與自動(dòng)控制技術(shù)，研發(fā)分布式電源協(xié)調(diào)控制技術(shù)；智能化改造分布式光伏發(fā)電裝置，使其具備自身功率與電能質(zhì)量可控性。

對(duì)于分布式光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)技術(shù)，可構(gòu)建深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練預(yù)測(cè)，訓(xùn)練樣本為發(fā)電裝置裝設(shè)地的光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度以及發(fā)電功率等數(shù)據(jù)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的泛化性能，通常能夠提供具有參考價(jià)值的預(yù)測(cè)結(jié)果。對(duì)于分布式光伏發(fā)電功率波動(dòng)較大的問(wèn)題，可考慮為光伏發(fā)電裝置配備小型儲(chǔ)能裝置，可有效平抑輸出功率波動(dòng)，并且能夠補(bǔ)償光伏發(fā)電功率預(yù)測(cè)時(shí)的誤差。在遵循分布式光伏發(fā)電等新能源優(yōu)先調(diào)度的前提下，實(shí)現(xiàn)全配電網(wǎng)各電源的自動(dòng)化發(fā)電控制，在保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，又能夠最大程度的消納光伏出力，為電網(wǎng)公司雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。

2.3 孤島效應(yīng)

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，可在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)支撐局部地區(qū)的供電。但當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障解列時(shí)，由于分布式光伏發(fā)電裝置目前尚未有較好的檢測(cè)方法，光伏發(fā)電在配電網(wǎng)解列后仍然向配電網(wǎng)供電，此時(shí)就會(huì)造成孤島效應(yīng)。分布式光伏發(fā)電對(duì)局部電網(wǎng)持續(xù)供電，但對(duì)于非計(jì)劃內(nèi)的局部區(qū)域供電將會(huì)威脅到電網(wǎng)檢修人員的人身安全。此外，局部區(qū)域供電造成的孤島電網(wǎng)與配電網(wǎng)主網(wǎng)非同步重合閘將造成操作過(guò)電壓，對(duì)設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成威脅。

解決措施：研發(fā)科學(xué)有效的電網(wǎng)孤島檢測(cè)方法，孤島效應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)可分為主動(dòng)檢測(cè)方法、被動(dòng)檢測(cè)方法以及故障信號(hào)監(jiān)測(cè)方法3大類(lèi)。

主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法通過(guò)并網(wǎng)逆變器輸出擾動(dòng)功率實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，逆變器輸出的擾動(dòng)功率累積并觸發(fā)孤島效應(yīng)檢測(cè)裝置，從而使得孤島能夠被精確檢測(cè)。當(dāng)電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，由于電網(wǎng)的平衡作用，并網(wǎng)逆變器輸出的具有一定頻率與相位的擾動(dòng)功率將無(wú)法被檢測(cè)到。但主動(dòng)式的孤島檢測(cè)方法將對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成一定影響。

被動(dòng)式孤島檢測(cè)方法通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)解列停電時(shí)并網(wǎng)逆變器輸出的電壓頻率、相位或諧波的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)孤島效應(yīng)檢測(cè)。但當(dāng)分布式光伏輸出功率與孤島負(fù)載功率平衡時(shí)，被動(dòng)式檢測(cè)方法無(wú)法檢測(cè)出孤島的存在。目前主流的孤島檢測(cè)方法是將被動(dòng)式孤島檢測(cè)與主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法相結(jié)合。

故障信號(hào)監(jiān)測(cè)方法主要通過(guò)電網(wǎng)側(cè)的監(jiān)控裝置在配電網(wǎng)發(fā)生故障發(fā)送控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)，分布式光伏發(fā)電裝置接收到控制信號(hào)時(shí)停止運(yùn)行，及時(shí)切斷與電網(wǎng)的并聯(lián)運(yùn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文在介紹分布式光伏發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)將對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生三個(gè)方面的影響，分別為影響配電網(wǎng)電能質(zhì)量、增加配電網(wǎng)運(yùn)行控制難度以及產(chǎn)生孤島效應(yīng)。并針對(duì)三種影響提出了相應(yīng)的解決措施，保障配電網(wǎng)接入分布式光伏發(fā)電后的穩(wěn)定與安全運(yùn)行。