淺析分布式光伏對配電網(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，分布式光伏電能對電網(wǎng)的影響越來越不容忽視。研究分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響并提出相關(guān)解決措施對配電網(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)度靈活度以及滿足配電網(wǎng)對于供電可靠性的要求。

分布式電源安裝在用戶端，以太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等發(fā)電方式最為常見，單機(jī)裝機(jī)容量不超過6 MW 并且通常以10 kV 及以下電壓等級接入配電網(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，是我國大力發(fā)展的未來發(fā)電方式之一。

隨著國家密集出臺相關(guān)分布式光伏能源政策，分布式光伏能源逐年快速增長，截至2019年底全國分布式光伏總裝機(jī)容量達(dá)6453 萬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 分布式光伏對配電網(wǎng)的影響

2.1 對電能質(zhì)量的影響

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后對電能質(zhì)量的影響通常體現(xiàn)在諧波污染、電壓波動等方面。分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電須經(jīng)過逆變器調(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)測與治理的問題。此外，分布式光伏發(fā)電極易受天氣影響，輸出功率波動較大，并網(wǎng)后將對電網(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?、傳輸、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)滿足IEC 61000-4-30 標(biāo)準(zhǔn)要求的電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，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，從而使得電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)劃人員難以精確預(yù)測負(fù)荷增長變化，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，那么將對電網(wǎng)調(diào)峰、電壓穩(wěn)定以及頻率穩(wěn)定帶來較大的影響，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)測技術(shù)；結(jié)合新型配電網(wǎng)模型與自動控制技術(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。

對于分布式光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(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，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)測結(jié)果。對于分布式光伏發(fā)電功率波動較大的問題，可考慮為光伏發(fā)電裝置配備小型儲能裝置，可有效平抑輸出功率波動，并且能夠補(bǔ)償光伏發(fā)電功率預(yù)測時(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)就會造成孤島效應(yīng)。分布式光伏發(fā)電對局部電網(wǎng)持續(xù)供電，但對于非計(jì)劃內(nèi)的局部區(qū)域供電將會威脅到電網(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電壓，對設(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)孤島檢測方法，孤島效應(yīng)的檢測技術(shù)可分為主動檢測方法、被動檢測方法以及故障信號監(jiān)測方法3大類。

主動式孤島檢測方法通過并網(wǎng)逆變器輸出擾動功率實(shí)現(xiàn)，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，逆變器輸出的擾動功率累積并觸發(fā)孤島效應(yīng)檢測裝置，從而使得孤島能夠被精確檢測。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功率將無法被檢測到。但主動式的孤島檢測方法將對電網(wǎng)的電能質(zhì)量造成一定影響。

被動式孤島檢測方法通過檢測電網(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實(shí)現(xiàn)孤島效應(yīng)檢測。但當(dāng)分布式光伏輸出功率與孤島負(fù)載功率平衡時(shí)，被動式檢測方法無法檢測出孤島的存在。目前主流的孤島檢測方法是將被動式孤島檢測與主動式孤島檢測方法相結(jié)合。

故障信號監(jiān)測方法主要通過電網(wǎng)側(cè)的監(jiān)控裝置在配電網(wǎng)發(fā)生故障發(fā)送控制信號實(shí)現(xiàn)，分布式光伏發(fā)電裝置接收到控制信號時(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

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)將對配電網(wǎng)產(chǎn)生三個方面的影響，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。