分布式光伏发电接入系统难点分析

分布式光伏发电接入系统难点分析

刁凤新陈浩然

（国网内蒙古东部电力综合能源服务有限公司内蒙古呼和浩特市010010）

摘要：分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。能源是现代社会生产中不可或缺的基本条件，采用新能源来替代传统能源变得越来越紧迫。其中光伏发电具有清洁无污染的特点，是未来新型能源中的一个重要组成部分。而分布式光伏发电是指在用户场地附近建设发电方式，它遵循因地制宜、分散布局、就近利用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时解决了电力长途运输中的损耗问题。

关键词：分布式光伏发电；配电网；分析

分布式光伏发电系统应用范围：可在农村、牧区、山区，发展中的大、中、小城市或商业区附近建造，解决当地用户用电需求。运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网。具有因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则，分布式光伏发电系统不仅实现了资源的优化配置，还实现了经济效益的最大化，是新时代智能化电网的重要构成，也是未来的发展趋势。

一、国内外研究状况及发展动态分析

德国可再生能源法规定了光伏发电的补贴办法，该国2012年最新修改的法律规定，光伏发电的上网电价从17.94欧分每千瓦时到24.43欧分每千瓦时。该国还规定，未来12个月内如果安装容量超过350万千瓦，上网电价下降3%；如果超过750万千瓦，上网电价下降15%。要求100千瓦以上的分布式电源必须安装远程通信和控制装置，以便调度实时了解其出力，并且可以进行调度。受能源危机的影响，日本、德国、美国等发达国家，开始重视光伏发电的发展。随后几年光伏产量飞快增长。2009年，日本第一次将光伏产业作为经济刺激的方案，作为技术发展和产业的技术支撑，美国、德国等，都建立了国家级的公共测试平台。而我国在这方面还要建立具有国际水平的测试评估机构，开展从电池、组件到系统的全方位测试（新型电池测试、聚光光伏组件室外测试、独立和微网系统室/内外测试、大型并网系统现场测试—固定式/聚光式跟踪式阵列的测试、MPPT效率测试，并网逆变器测试—孤岛效应测试等，为光伏技术发展和大规模应用提供支撑。

二、分布式光伏发电系统构成和类型

分布式光伏发电系统主要由：太阳能电池（光伏组件）、逆变器及输配电系统三大部分组成，包括太阳电池组件、逆变器、直流电缆等；输配电部分指从逆变器交流侧至用户侧低压系统的所有电气、控制保护、通信部件等。

光伏发电系统通常分为两种类型：集中型和分散型。

集中型：光伏发电指的是光伏发电规模比较大的情况，逆变方案接入的电池组串数较多，适用于太阳能电池板块的规格和型号相同的情况：各太阳能电池板的安装倾角、方位角及受光情况均一致。

分散型：逆变方案的优点在于逆变效率略高，其逆变器的体积较小，易于布置，但是单位额定功率的成本高于集中型逆变方案。同时分散型逆变方案系统组成方式灵活、冗余性好，适用于装机功率较小，室内空间有限的情况。

三、分布式光伏电源特性

系统相互独立，可自行控制，避免发生大规模停电事故，安全性高；

弥补大电网稳定性的不足，在意外发生时继续供电，成为集中供电不可或缺的重要补充；

输配电损耗低，甚至没有，无需建配电站，降低或避免附加的输配电成本，土建和安装成本低；

调峰性能好，操作简单；

由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动操控。

四、分布式光伏电源实际接入难点分析和解决办法

（一）如何避免对配电网电压的影响

光伏电源接入配电网以后，有可能会使接入点的电压升高，产生电压波动和电压越限等问题[1]。不同的并网方式影响也不同：

方法一：光伏电源通过中高压线路接入输电网，

方法二：在农村屋顶或城市小规模建筑光伏电源，在配网的低压侧并入配电网，这种方式的接入容量较小。

第一种接入方式由于其输出功率较大会引起有功输出的巨大波动，从而导致并网点电压波动越限，因此必须具备无功电压控制能力。

第二种接入方式由于项目分散、投资金额较小，通常不会配备相关电压调节或无功补偿设备，无法对光伏电源的输出进行有效调节，有可能对电网中的继电保护、电压稳定性等方面造成影响[2]。

图1功率输出时间曲线图

而针对偏移量超标的情况，通常的处理措施是在中低压配电网络中设置电压调节器等调压设备。尽可能确定可能发生电压超限的时段和范围，将负荷节点的电压偏移量控制规定的范围内。

而另外一种方式是合理设置光伏电源的运行方式，例如规定光伏电源必须调压以后才能并入配网。

（二）避免对配电网短路电流的影响

当配电网发生短路故障时，光伏逆变器的安全运行将受到威胁。一方面，配电网短路期间光伏电源的输出电流可能。剧增，严重威胁主电路元件的安全运行。另一方面，在配网短路期间，配电网的有功功率下降，分布式光伏电源中各个环节之间的功率传输平衡受到严重影响，可能引发直流电压失控骤升，逆变器中的电子器件很有可能被损坏[4]。

而为了避免此类情况的发生针对短路电流的处理措施往往是在光伏逆变器中限制输出电流大小。光伏电源的短路电流一般为额定电流的2~4倍，持续时间为1.2ms~5ms。因为逆变器的热过载能力很低，所以必须对短路输出电流进行限制，超过限定值时切断电路，保护元器件。可以降低光伏电源对故障点的短路电流的贡献值。

（三）如何防止直流注入

由于光伏阵列和电网之间存在电气连接，会带来直流注入问题。直流注入对电网的危害极大：首先影响各级变电站中的变压器设备。引起变压器的直流偏磁，继而导致变压器励磁电流和谐波电流的急剧增加，可能引起变压器铁心磁饱和，导致铁心伸缩。在周期性变化的磁场作用下，硅钢片会改变尺寸，引起噪声；直流注入还可能直接供应到用户造成电流的严重不对称，损坏用电设备。

理论上而言，直流注入的解决方法分为两种：电容隔直法和检测补偿法。

电容隔直法：直接屏蔽直流分量的逆变器。下图所示的半桥逆变电路就是其中一种电路结构。

图2半桥逆变电路

在这个电路中，由于电容的隔直作用，输出电压中的所有的直流分量都会被自动平衡，因此不再会有直流注入的问题。

除了半桥逆变电路，还有其他电路一样同样可以解决直流分量注入的问题。

检测补偿法：首先测量出并网电流中的直流分量，经过控制算法产生补偿量，反馈至并网电流调制信号中，通过调节器控制开关管通断，最终达到抑制直流分量的目的。这种方法的瓶颈在于对直流分量的测量精度，精度越高，消除效果就越好。

五、结束语

随着光伏并网发电系统大规模并网发电，光伏系统对电网的影响也日益凸显，为保障地区电网和光伏系统的安全运行，研究其对电网的影响显得尤为重要[5]。

随着大规模分布式光伏系统接入电网后，对人民生活影响日益突出，通过改善逆变器的控制策略和添加相应的检测设备改善光伏系统对电网的冲击影响，从而保证电网的安全可靠运行，给人民生活带来极大的边界。改善能源危机和环境压力。

参考文献

[1]邓贤添.基于分布式光伏系统接入对配电网的网络损耗影响探究[J].通讯世界，2015（20）：195-196.

[2]马晓博，戚连锁.分布式光伏电源对配电网短路电流和静态电压影响的仿真分析[J].海军工程大学学报，2016（01）：20-24+80.

[3]曾志平，刘莉.光伏并网发电系统对配电网电压及网损影响的研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2012（03）：198-200+206.

[4]赵贺，李明忆，井天军.光伏分布式发电接入方式分析及其对配电网运行的影响[J].供用电，2013（03）：17-20.

[5]李思佳.分布式光伏电源对配电网电压的影响与改善[J].黑龙江科技信息，2015（10）.