分布式光伏并网发电对配电网的影响及改进措施

分布式光伏并网发电对配电网的影响及改进措施

李俊杰

广东电网有限责任公司江门新会供电局 广东江门 529100

摘 要 ：本文对分布式光伏电源进行概述，分析了分布式光伏发电系统在并网运行时对配电网电能质量、配电网保护与调控以及规划产生的影响，最后提出分布式光伏并网对配电网影响的改进措施。

关键词 ：光伏发电 ；配电网 ；并网 ；措施

0 引言

近年来,随着科技的不断创新,电网的发展十分迅速。电网运行需要以能源为基础,并将其转化为电能,以满足人们对电力的需求。而在前期进行能源消耗中多数是通过煤炭资源转化成电能,虽然可以满足人们的供电需求,但这种能源消耗对环境造成的污染很大,且能源利用率较低。分布式光伏并网作为一种清洁能源供电方式,其在电力供电方面的应用范围越来越广。采用分布式光伏发电技术，可以保证满足区域内所有用电群体的用电需求，确保人们可以顺利开展各项活动。

1 分布式光伏电源概述

使用可再生的太阳能进行电能转化时，可以使用太阳能电池板将太阳能转化为电能，这种获取电能的装置即光伏电源，其依托太阳的光生伏特效应，将太阳发出的热量，在电池

板等装置的作用下，生产出电能，这种电能可以作为有效的电源供应给所需的人使用。光伏电源的装置结构主要包括三部分，即控制器、太阳能电池板、逆变器，在共同作用下进行

电能的发电与储存。这种电源的电压等级较低，在生产使用的过程中，不会对环境造成破坏，使用灵活，尤其是对于一些偏远山区的居民而言，使用太阳能供电的效果好于电网供电，其应用优势非常明显。

在使用区域发电后，该电源可以独立使用，或者可以连接周边的配电网共同配电，如图1所示。其有着较强的地区适应性，储备的电能基本可以供应本地区人们的用电所需。但是在进行电能转化时，太阳能受气候等因素干扰，容易出现输出功率异常等情况，并网运行可能会对配电网运行的稳定性产生影响，使得电网的负荷调控无法顺利进行。现阶段，南方电网公司对于分布式光伏并网工作提出了规范性要求，使得光伏电源需要按照要求进行并网输电，减少并网后的不利影响。要求指出，首先，并网后光伏电源可以为电网输送电力资源，且能够促使电网稳定运行。其次，接入的光伏电源数量需要控制，多个电源的总体影响较大，且接入的总容量需控制，不可超过上级变压器有效负荷量的1/4。最后，该电源的短路和额定电流的比值需要在10 kV以上；根据电网条件、装机容量，确定并网电压等级，一般光伏电源的电压值处于8 kV以下，或者低于8 kV时，配电网的电压值即为220 kV等。如果接入的低电压、高电压均符合并网标准，则可以先进行低电压的并网。因此，供电单位在本地区的供电中，根据该项标准对并网工作进行检查监督，找出影响电网稳定性的因素，及时采取有效的手段进行规避处理，确保分布式光伏并网工作的安全可靠性。

2 分布式光伏并网对配电网的影响分析

2.1对电能质量的影响

江门地区属亚热带海洋气候,少霜无雪,温和多雨,阳光充足，常年平均日照时数约为1900h左右。这种独特的气候环境对分布式光伏发电造成了很大的影响，光伏电源的输出功率可能在短时间内从 100%降到 30% 以下，或由 30% 以下增至 100%。输出功率的急剧变化使得配电网线路潮流发生较大的改变，从而引起电压的波动或闪变。当分布式光伏电站并网或与系统解列时，其有功与无功功率的变化均会对电网造成冲击。光伏发电对配电网电压的影响与并网光伏发电容量大小、接入点在电力线路所处位置有很大的关系。同时在光伏发电产生的直流电源逆变成并网所需的交流电的过程中，将会产生大量的谐波污染、三相电压不平衡等。随着光伏发电在系统中所占比例的提高，其自身发电所具备的随机性与不稳定性也可能会导致电网内的频率出现经常性的波动。

2.2对配电网保护的影响

大量分布式光伏发电并网运行改变了配电网的结构以及配电网中短路电流的大小、流向及分布。光伏发电并网后，由于光伏电源对短路点的短路电流的贡献以及光伏电源并网位置和容量不同将对配电网线路保护的灵敏度和可靠性产生不同的影响。如图2所示，保护装置 B 保护的线路接入光伏电站，继电保护装置 A 保护定值未考虑光伏电站的影响，保护装置 A 保护的线路其下级设备若发生故障，继电保护装置 A 就会误动，失去选择性。保护装置 A保护的线路若发生故障且继电保护装置 B 保护定值若不变，因没有方向闭锁，保护 B 有可能在保护 A之前动作。同时，若保护装置 B 及光伏并网发电系统后面的线路有故障，且保护 B 定值不调整，则保护装置 B 的保护范围相对缩短，保护装置可能会该动作时不动作，产生拒动。

图2 继保装置误动、拒动示意图

2.3孤岛效应

孤岛效应是分布式光伏发电系统在并网后极易发生的一种现象。该问题多发生在分布式光伏电源与公共电网并网之后，在电网供电中，一旦其中的公共电网存在故障断电问题，无

法正常给用户供电后，由于不能及时、快速地查找故障原因，而光伏电源的供电工作还在继续进行，使得诸多处于孤岛地区的用户无法有效用电，造成了孤岛效应。此时设备故障检修人员直接对设备进行检查维修，很容易引发安全事故。此外，在孤岛效应下，主电网与该电网由于操作不同步，会出现严重的过电压问题。

2.4对配电网调控管理方面的影响

火电发电输出的功率具有良好的稳定性与可预测性。但光伏发电受到季节、温湿度、天气的影响，充满了随机性与不可控性，影响了系统运行的稳定性，增加了电网发电计划的制定与实施的难度。光伏发电企业不同于大型国有发电企业，出于自身的需求，光伏发电并、解列机组的情况比较频繁，给配电网侧的能力管理增加了新的问题。当孤岛电网出现时，调控中心需迅速地检测出孤岛电网并可靠切除，这给运行值班人员提出了很高的要求。同时，大量的光伏发电系统并网后，增加了配电网日常检修、故障处理时的运行方式安排的难度。

2.5对配电网规划的影响

当大量分布式光伏电源接入配网时，规划人员很难准确预测负荷增长情况，从而影响配电网规划的准确性。光伏电源接入后使得网络结构成为双端甚至多端网络，增加了电网的维度，使得寻求最优网架结构变得更为困难。同时规划人员必须根据一次网络特征而进行合理的二次规划。

3 技术方面的主要规定

1) 分布式光伏的电压偏差、谐波、闪变及电压波动、三相不平衡等电能质量指标应满足国家电能质量标准的规定。分布式光伏应装设满足国家标准要求的 A 类电能质量监测装置。

2) 分布式光伏电站应在逆变器功率输出汇集点设置易操作、可闭锁且具有明显断开点、带接地功能的开断设备。其并网点应具备失压跳闸及检有压合闸功能。

3) 分布式光伏发电的继电保护及安全自动装置配置应满足可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求，其技术条件应符合现行国家标准的要求。定值较灵敏的过流保护必要时应加设方向元件闭锁。

4) 分布式光伏电站所采用的光伏逆变器应通过国家认可资质机构的检测或认证。光伏逆变器必须具备快速检测孤岛且检测到孤岛后立即断开与电网连接的能力，其防孤岛方案应与继电保护配置、频率电压异常紧急控制装置配置和低电压穿越等相配合，时限上互相匹配。大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力，依据电压跌落程度保持不同的并网时间。分布式光伏发电接入系统，需在并网点设置自动装置，实现频率电压异常紧急控制功能，跳开并网点断路器。

5) 通过专用线路接入公用电网的光伏电站，联络线路一般配置如下保护 ：光纤差动保护、三相两段式方向闭锁过流保护、频率电压解列、逆功率保护装置、重合闸装置（可选配）、防孤岛保护等。T 接或接入用户内部电网后接入公共电网的光伏电站，联络线路根据需要选择性配置保护。变电站侧线路保护可根据需要选配三相两段式方向闭锁过流保护、检无压重合闸装置等。

4分布式光伏并网对配电网影响的改进措施

4.1 电网运行控制不佳的改善方法

针对并网之后的电网控制效果不良问题，供电单位可以使用光伏发电功率预测技术等手段，对光伏电源接入后的自身功率变化情况以及并网后的电源控制进行监控，使得光伏电源以及其他的电源均可以在自动化控制下，实现动态化的监督管理以及供电的协调配置。首先可以在光伏电源接入后，对于电源周围的太阳能光照强度、云层的厚度等数据进行准确调查，然后利用技术构建光伏发电功率预测模型，根据气候的变化情况，预测同一类、不同季节太阳能发电时的功率数据，找出其中的规律，为并网后电网有效运行的控制工作提供依据。其次，结合供电区域的光照情况，调整光伏电源的设置区域，以此提高光伏电源的稳定性。例如可以在照射强度高的区域，多进行光伏电源装置的设置等。最后，可以在发电时多进行储能装置的设置，在电源供应中，可能出现供电功率不稳定情况，需要使用储备好的电能以实现有效供给，提高电网的运行效率。

4.2 电能质量受损的改善方法

供电单位可以在并网之前，对于光伏电源以及各个接入点的电能质量进行综合性管理，应用在线监测手段对电能的质量进行检查，如果发现电压波动，或者大量谐波干扰，可快速采取措施，加强对电能质量的维护。

4.3 孤岛效应的改善方法

对于该问题可以通过检修手段进行检测，如图3所示，以此有针对性地进行故障处理。目前较常用的检测手段有被动式检测法。当电网断电后，使用该手段可以对逆变器的工作参数进行调查，如果检出的输出功率以及负载功率之间存在较大的差异，就表明存在孤岛效应，当上述两个功率的值相差不大时，该法检出的效果不理想。同时，还可以使用主动式检测法。该法在检查时，需要对逆变器主动进行参数调整，以此来对电网的运行进行干扰。如果这些干扰参数无法被检测到，表明电网不存在孤岛效应，有故障问题发生时，逆变器的异常参数会远远超出标准值以及调节的数值，以便可以检测出该种效应情况。使用主动式检验手段后，检测人员可以获得精度值较高的参数，但是存在控制难度大等问题。此外，还有故障信号检测法。供电设备的监控系统会在故障发生后，及时发出光伏电源的异常信号，工作人员可迅速对并网活动进行调整或切断。目前，被动检测和主动检测两种方法联合使用对于检测孤岛效应的效果较好。

图3 孤岛效应检测技术

5 结语

光伏发电不仅拓展了电力资源的来源，还使人们越来越重视环境和节约能源问题。同时，大规模的光伏并网发电对配电网的电能质量、电网稳定运行、调控管理等产生了一些消极的影响。现阶段主要从管理和技术等方面加强管理以保证电网的安全、稳定运行。随着配电网技术的不断发展，光伏并网发电对配电网的影响将越来越小，光伏发电必将为人类的生活带来更多的益处。

参考文献：

[1] 谷晓东.分布式电源对配电网的影响分析[D].秦皇岛：燕山大学，2016.

[2] 李清然.分布式光伏发电系统对配电网电能质量的影响研究[D].北京：华北电力大学，2016.

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[4] 王欢，夏向阳 . 并网光伏发电系统对配电网的影响[J]. 电气时代，2012(7) ：56-57.