分布式光伏并网发电对电网的影响研究

分布式光伏并网发电对电网的影响研究

徐煊斌

（国网浙江省电力有限公司丽水供电公司浙江丽水323000）

摘要：能源是人类生存和发展的基础。电力作为一种重要的能源，在人们生产生活中扮演者十分重要的角色。随着人类社会的快速发展，人们对电能的需求量越来越大，传统火力和水力发电出现了供应不足的状况。火力发电消耗大量煤炭资源，加之煤炭在燃烧过程中会产生大量的有害气体和固体颗粒，带来温室效应、雾霾等环境问题。发展清洁能源代替传统能源是解决能源和环境问题的有效途径。近年来，以太阳能、风能、生物质能、地热能为代表的可再生能源发电技术发展迅速，特别是光伏发电技术，因其资源丰富、清洁无污染、发电成本低等诸多优点发展尤为迅猛。截至2017年底，我国光伏发电装机量达1．3亿千瓦，同比增长68．7%，连续3年位居全球首位；新增光伏发电装机5306万千瓦，增幅达53．6%，连续5年位居世界第一，展现出广阔的发展前景。分布式光伏发电技术作为新型可再生能源发电技术的代表，凭借其资源丰富、无污染、并网流程简化等优点呈现出爆发式增长。随着光伏发电技术的日渐成熟，未来将有大量的分布式光伏并网发电系统接入电网，大规模分布式光伏并网发电很可能会改变现有电网稳定的运行状态，对智能电网安全运行产生一定的影响。所以，开展分布式光伏并网发电对电网影响的研究工作，对构建稳定坚强智能电网具有重要意义。

关键词：分布式光伏并网；发电；电网

1分布式光伏并网发电特点

光伏列阵功率输出会受到太阳光的照度、强度以及实时温度等不定因素的影响。在全年之内，会受到季节、日照时段、雨雪天气等自然条件的影响，从而表现出不稳定性和不连续性，最终影响电压波动，对公共电网产生冲击。通过逆变器，可以实现对分布式光伏并网频率以及点阿姨的控制。逆变器之中电力电子器件在日常的工作之中会产生谐波电流，进而对电网的安全高效运行带来影响。为了有效的遏制开关谐波污染电流，通过串联LCL型滤波器进行改善。但是滤波器本身也可能引发二次污染。当电网发生故障的时候，可能形成供电的孤岛，并且这一时段的频率不够稳定、电压波动较大，很难控制。负荷侧出现的电压波动与闪变会对用电设备造成影响；恢复供电或者是光伏并网瞬间，如果光伏的输出电压与公共电网电压不能够相互同步，就会有较大的冲击电流出现，对电网的稳定性带来影响。

2分布式光伏并网发电对电网的影响

2.1孤岛效应

当分布式光伏接入电网发电时，“孤岛效应”可能是对电网产生的最直接的影响。分布式光伏并网发电系统的孤岛效应是指与光伏发电系统连接的电网线路因故障停电时，客户端的分布式光伏发电系统没有及时检测出停电状态并脱离电网络，继续保持向所带负荷供电，形成公共电网无法控制的自给自足的供电孤岛。发生“孤岛效应”会对配电网和用户产生严重的影响和危害，主要表现为以下四个方面：（1）威胁电网运维人员的人身安全。当发生故障时，电网停止向供电，并网逆变器仍保持向周边电网供电时，若运维人员进行电力线路或电力设备检修，可能引发触电伤亡的严重事故；（2）损坏用电设备。缺少了电网的支持，电力孤岛区域的供电电压和频率不稳定，如果孤岛运行的分布式光伏并网发电系统无储能元件或储能容量太小，用户负荷还会发生电压闪变，造成电力客户的电器设备损坏；（3）损坏电网设备。供电恢复时，分布式光伏输出的电压和电网的电压可能不同步，恢复供电瞬间将产生很大的电流，对电网设备造成损伤；（4）对用户电压产生影响。如果发生分布式光伏并网发电系统断开所并入电网的情况，其原有的单相供电模式可能会引起配电网内出现三相负载不对称的问题，从而对周边用户的电压质量带来影响。

2.2对电能质量的影响

所谓电能质量，是指电力系统不干扰或影响负荷运行的能力。下面从电压偏差、电压波动与闪变及谐波污染三个方面阐述分布式光伏并网发电对电能质量产生的影响。电压偏差指的是电力系统改变运行方式或者负荷正常变化时，致使配电系统各点实际电压偏离额定电压的现象。现有的配电网通常呈现出辐射的形态，在电网稳态运行状况下，电压沿着馈线潮流方向逐渐降低。大量分布式光伏涌入电网发电后，电网的潮流分布改变，会引起馈线的各负荷节点电压被抬高，造成负荷侧电压越限。此外，受太阳光照度、辐照度等自然条件不断变化的影响，分布式光伏发电的输出功率不稳定，造成输出电压处于不稳定状态。所谓电压波动指的是电网电压有效值一系列随机的快速变动。电网的潮流决定了电网的电压分布情况，所以电网中负荷消耗和电源注入功率的变化都会引起电网各母线节点的电压波动。光伏发电的间歇性和波动性决定了其输出功率的不稳定性，从而引起电网电压波动。分布式光伏所发的直流电流必须通过逆变转换为交流电才可并入公共电网，整流装置和逆变装置是分布式光伏发电系统接入电网后不可缺少的设备。整流和逆变装置具有很大的功率，在将分布式光伏所发的直流电流转变为交流电的过程中会产生大量的谐波。

2.3对继电保护的影响

目前，单电源放射状结构在我国配电网中占据主流，系统潮流方向单一（电源流向负荷），继电保护装置以速断保护形式为主，并不具备方向性。分布式光伏光伏接入电网后，电网潮流将会发生改变，从而对配电网原有的继电保护将产生一定的影响：（1）分布式光伏的接入改变了配电系统的网架结构，变成了多电源。在发生故障时，如果分布式光伏接入位置不合理，可能会引起原有的保护装置发生拒动或误动现象；（2）当分布式光伏并网点发生故障，且分布式光伏处于孤岛运行状态时，故障重合闸时可能会引起保护误动作，导致无法按时恢复供电，降低供电可靠性；（3）通常情况下，当分布式光伏并网发电系统的功率注入电网时会缩小原有继电保护区域，干扰继电保护装置正常工作。

2.4对电网规划的影响

考虑到分布式光伏并网发电系统并网的方式通常是直接接入配电网，当其大规模接入电网时，将会极大地影响电网规划。由于大规模分布式光伏发电系统的并入，传统的配电网计算分析和规划方法将难以适用于。需要根据分布式光伏运行的特点以及并网的方式重新制定其接入电网的设计方案；负荷预测是电网规划的一个重要依据，受自然环境的影响分布式光伏发电具有间歇性和波动性的缺陷，导致电网规划人员很难准确预测负荷的变化情况，从而影响电网规划的准确性；位置和容量是分布式光伏发电系统并网时需要考虑的两个重要因素，如果选择不恰当会加大电能的损耗，导致电网络中某些节点电压下降或者出现过电压的现象。

3对策

3.1科学合理规划

针对分布式光伏并网发电对电网安全运行的影响，供电公司要科学合理规划，为电网安全稳定运行提供保障。大规模分布式光伏接入电网后，装机容量在电力系统中所占比例将会越来越大，这种情况一方面会改变电网运行控制方式，另一方面原有电网结构的稳定性也会随之改变。未来电力客户所用电能很可能主要来自低压配电网，且电力用户能够参与电能运营，这些改变无疑对供电公司提供优质电能提出了挑战。供电公司应结合当地电网实际情况，科学绘制分布式光伏并网蓝图。以分布式光伏选址和定容、电网安全运行指标等为出发点，开展大规模分布式光伏接入的电网规划研究工作，为将来大量分布式光伏并网发电后，电网的安全运行提供有效保障。

3.2健全相关技术标准及规范

得益于自身诸多优势和国家政策的支持，分布式光伏发展迅速，然而与之并网发电相匹配的相关技术标准及规范发展相对滞后。从分布式光伏并网发电系统安全、有序地接入大电网发电的角度出发，电力部门一方面要充分研究分布式光伏并网发电系统的基本技术参数、分析电网抗干扰的能力、掌握分布式光伏并网发电系统的控制特点、细化分布式光伏并网规模、并网电压等级等方面的技术参数，建立完备的技术标准和规范；另一方面，制定分布式光伏产品进入电网的标准，把好接入网分布式光伏设备的质量关。通过相关技术标准和规范引导分布式光伏合理并网发电，降低对电网的影响。

4结论

分布式光伏发电技术是解决能源和环境问题的有效途径，大规模分布式光伏并网发电是未来有利用效能源的快捷方式，但其在电能质量、继电保护、电网规划等方面给电网带来的影响不可忽视，开展分布式光伏并网发电对电网影响的研究工作很有必要。供电公司可以从网源协同的角度出发，通过科学合理规划，建立健全相关技术标准和规章制度，减少分布式光伏并网给电网带来的影响，确保电网安全稳定运行以及分布式光伏的健康发展。

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