浅谈天津电网分布式光伏发电接入系统的前景和影响

浅谈天津电网分布式光伏发电接入系统的前景和影响

李枫张志朋曹北建谭靖

李枫张志朋曹北建谭靖

（天津市电力公司滨海供电分公司天津塘沽300450）

【摘要】分布式光伏发电系统接入电网运行已成为趋势。本文简要介绍了光伏发电的意义和发展现状，从天津区域特点出发分析了天津电网推进分布式光伏发电并网的优势，并从继电保护、电能质量、配网规划以及电力市场等方面分析讨论了大量分布式电源接入系统后对系统造成的影响，探讨了电网企业应重点研究的技术和标准。

【关键词】分布式电源；光伏发电；配电网；并网技术

1引言

大力发展光伏发电等可再生能源是国家重大战略决策，是我国经济社会可持续发展的客观要求，对于我国调整能源结构、保障能源安全、促进节能减排、保护生态环境，实现经济社会可持续发展，具有十分重要的意义。

近年来，并网太阳能光伏发电的发展速度明显加快，并网光伏系统是世界各发达国家在光伏应用领域竞相发展的热点和重点，是世界光伏发电的主流发展趋势。从2006年起，国家出台了支持光伏发电等可再生能源发展的一系列配套政策、管理规定和办法。几年来，我国光伏发电呈现了飞速发展的态势。从数字上看，尽管我国光伏发电起步较晚，但已呈现加速发展势头，2011年全国光伏发电装机同比增长700%，目前国家电网公司经营区域并网光伏发电已经达到271万千瓦，已同意并网、正在建设的光伏发电项目达126万千瓦。

国家电网公司高度重视光伏并网工作，提出了“支持、欢迎、服务”分布式光伏发电发展的工作方针，将促进我国光伏发电持续健康发展列为公司重点工作。公司先后编制了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见(暂行)》、《关于促进分布式光伏发电并网管理工作的意见(暂行)》和《分布式光伏发电接入配电网相关技术规定(暂行)》，并于2012年10月26日向社会发布了支持分布式光伏发电上网的意见，明确表示将以积极态度持续推进分布式光伏发电并网工作，为我国全面推进光伏发电并网拉开了序幕。

天津市位于华北平原，每年日照时间长，约为2700小时，辐射总量大，是日照条件较好的地区之一，太阳能资源丰富。全市实际日照时数达2610～3100小时，年日照百分率为59%～70%，发展分布式光伏发电具有显著的社会效益和环保效益。

分布式光伏发电并网离不开智能电网、微网技术的支撑。滨海地区的中新生态城智能电网综合示范项目，应用最新的智能电网技术和配电自动化系统，同时拥有成熟的微网运行经验，在推进分布式发电并网项目方面具有得天独厚的优势。按照中新生态城的总体建设规划，区域内由风力发电、光伏发电和生物质发电等可再生能源构成多样化分布式电源。到2020年，生态城将全部采用清洁能源，建筑物全部实现绿色节能；可再生能源利用率将达到20%；人均能耗比国内城市人均水平降低20%以上。生态城将建设中央大道光伏、动漫园光伏、主题公园风力发电及生物质发电等分布式电源接入项目。因此，率先推动包含分布式光伏发电在内的新能源并网，天津电网拥有得天独厚的优势。

2国内外发展现状

美国是最早进行光伏发电并网的国家。早在20世纪80年代即已经建造了最大为6MW的大型并网光伏电站4座。而从光伏系统装机的市场结构看，欧洲保持着绝对的领先，占据了全球光伏装机容量的70%。日本自20世纪70年代开始就着力发展光伏系统，到1999年底已安装3万套并网户用光伏系统。

国内光伏市场起步较晚，前期发展也较为缓慢。近年来随着国家政策积极引导，我国光伏市场快速发展。2012年全国光伏发电装机容量达到700万kW，根据规划2013年新增装机容量将为1000万kW。

近年我国积极开展了光伏并网发电试验示范工程的建设。河北保定的“电谷广场”项目总并网发电功率为1.5MW，其中一期工程电谷锦江国际酒店并网容量为300kW，已经建成投入运行。2012年9月15日，采用“光电建筑一体化”方案的天津西站光伏电站成功并网，项目装机容量1.88MW，采用了双结转化率6%和三结柔性转换率6.7%的两种薄膜组件。截止2012年10月31日，天津西站光伏发电站在经过40多天的间断并网发电后，累计上网电量达到了74727kWh。

3分布式光伏发电并网对电网的影响

光伏发电属于调节力弱的能源，昼夜变化、气象条件变化以及季节的变化均会对发电产生影响，由于光伏并网发电系统自身不具备调峰和调频能力，他的接入对电网接纳能力提出了更高要求。光伏资源特性对电网的安全稳定运行提出更大挑战，光伏发电并网需要更灵活的调峰电源及更强的并网技术设施，造成脱网事故的概率和影响更大。

分布式光伏发电并网对电网的影响主要表现在以下几个方面。

1.对继电保护的影响

常规的配电网为单侧电源的辐射性网络，馈线保护装设与馈线开关处，一般配置三段式电流保护，对非全电缆线路配置三相重合闸。在配电网引入分布式发电系统（DistributedGeneration，DG）后，配电网将变为多电源供电的复杂网络，正常运行时网络中的潮流分布以及故障时的短路电流大小和方向都会受DG影响而发生变化，从而使配网保护出现拒动、误动等现象，并可能使重合闸不成功以及备自投无法正常工作，影响配网的运行与控制。

2.对电能质量的影响

(1)对系统稳态电压的影响

配电线路一般呈辐射状，各节点电压沿馈线潮流方向逐渐降低。在引入DG后，由于DG输出有功和无功，造成线路中间节点电压被抬升从而使部分负荷节点电压偏移超标。

(2)对电压和无功控制的影响

配电网中有功、无功负荷的变化会造成电压的波动。在DG并网后，由于DG系统的出力和启停的波动性和随机性较大，并且不受调度控制，对电压和无功控制来讲相对于一种随机扰动，增加了系统电压控制的难度。

(3)对系统造成谐波污染

由于DG采用高频电力电子开关器件进行逆变后并入电网，不可避免地会产生高次谐波对电网造成谐波污染。随着DG接入数目的增多，对电网的污染程度也将越来越高。

(4)造成电压不平衡的可能

在逆变环节，不恰当的控制策略会造成电压跟踪不良从而造成三相电压不平衡，在系统中产生负序分量，对负荷设备造成不良影响。

3.对配网规划的影响

DG的广泛推广加剧了配网规划的难度，对配网规划提出了新的挑战。用户可自行选择DG项目，抵消了增长的电力负荷，而用户的行为很难预测，因此极大增加了规划区电力负荷的预测难度；用户DG安装地点的不确定性以及DG供电能力的波动性，使变电站的选址、配网接线等规划工作更加复杂。

4.对电网可靠性和短路容量的影响

当分布式发电系统与配网配合良好时，可缓解配电网的过负荷情况，并提供电压支撑，增强供电能力；在系统停电时可为部分用户提供电源减少停电时间，有利于提高配网的可靠性水平。但当与配网系统配合不良时，DG可能会造成保护失去选择性从而扩大停电范围，从而降配网可靠性。

DG并网会增大配电网的短路电流水平。对于装有逆功率控制器的DG，短路瞬间仍会有电流注入电网从而提高故障水平，因此对馈线断路器的遮断容量和线路的热动稳定性提出了更高的要求。

5.对计量和电力市场的影响

由于DG并网后可从电网取电也可向电网供电，对DG用户的管理将和传统用户有较大区别。DG用户有三种模式：a.DG发电仅供自身使用，用户从系统中获取电能，并装备逆功率控制器防止向系统反供电（小型分布式光伏发电采用该方案）；b.DG发电部分供自身使用，多余的部分出售给电网（最理想的供电方案）；c.DG所发电量全部上网出售给电网，然后从电网购买所需电量（天津西站采用此方案）。对a类用户，采用常规的计量装置即可；对b类用户，需要装设两个计量装置，并具有时间记录功能；对c类用户负载和电源完全独立，负荷采用常规负荷仪表，电源部分则使用独立的仪表。

DG并网开辟了新型的电力市场关系。区别于大型电厂，b和c类这样向电网输送少量电力的分布式电源用户，形成了新型的电力零售市场。对于这类用户发出的电力，电网企业按照趸售价格还是零售价格进行购买，高峰低谷电价如何定价，在电力零售机制并不完善的今天，这些都是崭新的课题。

4需要研究的关键技术和标准

现有配电网接入光伏发电项目后，将改变系统中原有的潮流分布和保护动作情况，对配电网建设和运行控制都提出了很高要求。加之电力公司对光伏发电并网检测能力不足、入网测试标准有待统一等，这些都是需要率先解决的问题。电网企业需要根据自身特点尽快研究出台相关标准和细则，用于指导实际工作。

1．继电保护配置和定值整定

分析分布式光伏电源并网对现有保护的影响，研究光伏并网线路、变电站的继电保护配置原则，并根据DG特点确定定值整定原则。

2．光伏并网测试

依据相关的测试规程，研究确定测试项目，探讨可行、实用的测试方法和测试标准，指导分布式光伏并网测试验收工作。

3．光伏发电负荷预测

借鉴国家能源局日前推出的风力发电负荷预测机制，充分应用功率预报结果，克服光伏发电间歇性、随机性大缺点，结合电网和电厂的运行工况，研究光伏发电负荷规律，提高光伏发电负荷预测准确率。

5结语

随着全球资源环境压力的不断增大以及电力市场化进程的不断深入,越来越多的包括分布式光伏发电在内的分布式电源将接入电网并网运行。本文分析了天津电网发展分布式光伏并网的优势，阐述了分布式电源接入系统对配电网的供电经济性、继电保护配置与整定、各节点电压、潮流、短路电流以及供电可靠性等带来的影响，并探讨了电网企业针对分布式光伏发电并网的研究思路和方向。

参考文献

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