光伏并网接入配电网的太阳能发电系统设计

光伏并网接入配电网的太阳能发电系统设计

陈建

中机国能浙江工程有限公司宁波分公司浙江宁波315000

摘要：随着分布式光伏并网系统运行要求的不断提高，研究其中的存在问题凸显出重要意义。本文首先对分布式并网光伏系统做了概述，分析了分布式光伏发电系统及并网的技术特点。在探讨分布式光伏发电系统并网影响的同时，提出了提升分布式光伏并网系统运行效果的应对措施。

关键词：分布式；光伏；并网；系统运行；问题；策略

1.分布式并网光伏系统概述

1.1分布式并网光伏系统概述

太阳能光伏发电是采用太阳能电池将光能转换为电能的发电方式。光伏发电系统由光伏组件、直流配电系统、并网逆变器、计量装置及交流配电系统组成。太阳能由光伏组件转化为直流电，再通过并网型逆变器将直流电转化为与电网同频率、同相位的交流电，接入电网。

1.2分布式并网光伏系统结构

在分布式并网光伏系统中，太阳能电池模块、直流模块、逆变模块和滤波模块是必备模块，而蓄能模块则可根据系统运行要求选用，在逆变模块采用双向工作模式时必需配置蓄能模块。

1.3光伏并网接入配电网示意图

要得到光伏并网接入配电网的太阳能发电系统，首先要对光伏并网接入配电网进行研究。图1为光伏并网接入配电网示意图。

图1光伏并网接入配电网示意图

图中对并网点的介绍：对于升压站中的分布式电源，其并网点是分布式电源的升压站高压站中侧母线或者节点，对无升压站分布式电源，其并网点是分布式电源输出汇总点。A1和B1是分布式电源A和B的并网点，C1是常规电源C中的并网点。图中的接入点指的是电源与电网的连接处，这个电网可能是公共的电网，也有可能是用户的电网。A2和B2点是分布式电源A和B的接入点，C2是常规电源中C的接入点。图中的公共连接点是指发电或用电系统接入公用的电网连接处。图中的C2和D点都是公共连接点。

2.分布式光伏发电系统及并网的技术特点

2.1光伏发电系统的特点

光伏发电技术是以光生伏打效应作为基础，在此基础上延伸得到的技术。太阳能电池两端产生电动势，光能由此转换为电能，太阳能又通过光伏组件转化为直流电力，直流检测配电箱汇集到逆变器，直流电能转换为交流电力，这就是光伏发电系统的原理。

光伏发电系统具有许多特点。系统由于受光照、温度等外界环境因素影响，光伏发电系统工作点变化较快；光伏发电系统的输出是直流电，输入侧的能源功率只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点，而不能主动地在技术范围内调控等等，这些都是光伏发电系统的主要特点。

2.2光伏发电系统并网的特点

光伏发电系统的并网对电网的系统稳定性、电能质量和运行的经济性都有一定的辅助作用，但是并网需要满足条件：逆变器输出之正弦波电流的频率和相位需要与电网电压的频率和相位达到统一。就当前的光伏发电系统来看，主要有两种形式的并网方式：集中式并网和分散式并网。集中式并网是将发出的电能都直接输送到大电网中，然后大电网统一调配输送给用户，光伏发电的集中式并网与大电网间的电力交换是单向的，因此比较适合离负荷点比较远的大型光伏电站。分散式并网则是将发出的电能直接分配到用电负载上，多余的或者不足的电力则是通过联接大电网来调节。分散式并网与大电网间的电力交换是双向的，因此比较适合于小规模的光伏发电系统。

3分布式光伏发电系统接入对公网的影响

3.1对电网规划的影响

分布式光伏发电系统并网后会改变负荷增长模式，这样就会对所在区域的负荷预测造成一定的难度，而电网的规划设计又是建立在负荷预测的基础上，因此分布式光伏发电系统的并网接入势必会对电网的规划设计产生一定的不良影响。

3.2对继电保护的影响

就我国当前的电网结构来看，多数配电网都属于单电站放射状结构，采用的是限时速断的保护形式，没有方向性。事实上，限时速断的保护形式能够有效地保护电网的全部线路，但是分布式光伏发电系统并网接入后，注入功率就会缩小继电保护的范围，电网的运行也就不能得到完全保护，甚至在并联分支出现故障时，还会引起安装分布式光伏的继电保护误动作。

3.3对电能质量的影响

太阳能发电存在许多的不确定，这对采用光伏发电系统的电网来说，短期负荷的预测的准确性会大大降低，无形中增加断面交换功率的控制难度以及电网运行的不稳定因素。分布式光伏发电系统并网后，大电网中的电源点增加了许多，由于电源点比较分散，规模又比较小，这在很大程度上加大了电源协调控制的困难，对电网的电压稳定和频率安全等方面都造成了一定的影响。分布式光伏发电系统的开停机以及发电站补偿电容器投切都会对电网的电压造成一定的影响，进而影响电能质量。在分布式光伏发电系统并网接入后，电网的电压波动与闪变次数增加，常规电源对电网的调控能力也会相应减弱，这对于电网的安全稳定运行控制是极为不利的。

3.4孤岛效应

电网在出现电气故障或者受自然因素影响而中断供电时，并网的光伏发电系统仍然会向周围的负载供电，由此形成了无法人为控制的自给供电孤岛，我们称此现象为“孤岛效应”。孤岛效应会对电网的运行造成许多的危害，首先是对电网维修人员的安全危害，其次是在一些特殊情况下断开供电时会损坏用电设备，这样即便电网恢复供电后也会因为相位不同步而产生强大的电流冲击。

4提升分布式光伏并网系统运行效果的应对措施

4.1健全分布式光伏发电接入配电网的技术标准与规范

研究分布式光伏并网发电系统的技术参数和控制特性及承受大电网扰动能力的技术要求与标准，研究光伏发电系统并网的规模、接入电压等级、无功配置和电能质量等方面的技术标准，引导与规范分布式光伏发电系统有序地接入电网，确保发电系统及其控制设备不会对电网的安全稳定运行造成危害。

4.2建立计算全电网电压波动的频域分析方法

若光伏发电站接入的电网较薄弱时，则在设计时需要选择合适的并网点和电压等级。为了分析发电站的功率波动所引起的电网电压波动，需要区分发电站和电网其他部分产生的电压波动，建立计算全网电压波动的频域分析方法，通过对接入电网的电站进行电流源等效，将实际测量的电站的输出电流分解为有限数量正弦波形后进行分析。

4.3研究改进监测控制软件

加强对配电网的实时监视、控制、调节，原配电网是一个无源的放射形电网，信息的采集、开关的操作及能源的调度相对简单。光伏发电系统的接入使此过程趋于复杂化，电网运行需要监视的信息类型和范围增加，需要协调控制的对象增加。此外，由于分布式光伏电站的加入，个别的配电网区域内的潮流流向可能由原来的单向变为双向，这样就需要对电能计量模式从软件端进行修改。

5结束语

通过对分布式光伏并网系统运行中存在问题的相关研究，我们认为，在当前各种条件下，分布式光伏发电系统接入对公网的影响是多方面的，有关人员应该从其应用的客观实际出发，研究制定最为符合实际的相对应实施策略。

参考文献：

[1]曾奕铭.光伏并网接入方式及故障定位的研究[D].华北电力大学（北京），2017.

[2]张巍.晋中电网分布式光伏发电并网接入系统的设计[D].华北电力大学（北京），2017.

[3]李乃永.电网接纳光伏电站并网运行的适应性及对策研究[D].山东大学，2012.