分布式光伏电能质量问题的影响及治理方法

分布式光伏电能质量问题的影响及治理方法

陈志慧

广东广达电气有限公司

摘要：近年来，随着社会建设的不断发展，随着高密度分布式光伏(PV)接入大电网系统，局部电网需要额外承担这类电源系统带来的一系列电能质量影响问题，采用基于光伏电池实际物理特性建立的组件模型，结合逆变器拓扑结构和控制模型，通过MATLAB/Simulink仿真平台，搭建三相分布式光伏接入户用配电网的仿真模型。仿真研究了高密度分布式光伏对户用配电网的电压、谐波等电能质量影响。通过搭建0．4kV配电馈线模型，仿真研究了高密度分布式光伏接入0．4kV配电网络的接入场景分布、辐照强度波动、不同接入容量、位置和数量等情况下，配电馈线各节点电压质量分布的影响规律，得到相关分析结论，提出平抑分布式光伏影响的改善措施。

关键词：分布式光伏电能；质量问题；影响；治理方法

引言

近年来,能源危机背景下的可再生能源迅猛发展,我国的光伏发电技术取得了卓越的成果,为解决我国的能源问题贡献了巨大力量。在我国,光伏发电在清洁能源发电中有着举足轻重的地位,国务院和地方政府都大力支持光伏发电的研究和应用,从2020年确定“双碳”目标,至2021年确定新能源的主体地位,再到2022年国家加大对光伏项目的支持,无不体现着国家政策对光伏发电的重视。然而光伏发电需要大面积的场地来铺设太阳能板,投资较大,因此分布式光伏发电成为目前的发展趋势,分布式光伏发电可以降低成本,增加居民收益,减少输电过程中的电能损失。但同时分布式电源也容易引发电能质量问题,例如电能利用率低、谐波污染、三相不平衡、波形畸变等,因此重视分布式光伏发电带来的电能质量问题非常有必要,对清洁能源的发展有重要意义。

1分布式光伏概述

在电力系统的核心区域，分布式光伏采用“自发自用、剩余电量入网”的原则，作为一种新型电力装置接入电网。分布式光伏以太阳能为主要能源，不仅能够提高发电效率，同时能够减少化石能源的消耗量，有助于环境保护。在发电方面，分布式光伏的规模小于集约型电站，其系统容量较为有限。因此，分布式光伏的建设成本比传统电站低。在环保方面，分布式光伏采用的是可再生的清洁能源，其发电过程不会对环境造成任何污染或破坏。分布式光伏与常规电源相比具有更好的经济性和更强的适应性。

2光伏发电技术发展现状

能源转型是从以化石能源为基础的碳基能源系统，转为以可再生能源为基础的零碳能源系统，进而带动终端用能方式彻底改变。从中国的资源分布来看，能源存在着地域分布的不平衡性，能源资源分布同消费分布脱节。构建以新能源为主体的新型电力系统对经济社会发展意义重大，增加清洁能源发电比例是电力行业转型的重要方式，风电光电是中国未来新型零碳电力系统的主力。在“双碳”目标下，电网公司一定会加大对可再生能源发电的投资，由此可见光伏将在能源转型中发挥关键作用，同时也有着不可想象的未来。中国2022年电力系统各种类型发电装机容量和发电量,目前中国火电占总发电装机容量的58%，发电总量占66%；风电和光电提供了21%的装机容量及7%的发电量。考虑到社会发展导致能源需求增长，预测到2050年，风电和光电在未来零碳新型电力系统中将提供80%的发电装机总容量及60%的发电量。

3分布式光伏并网概述

3.1分布式光伏并网的影响

尽管分布式光伏在缓解电网供电不足方面表现出色，但由于其容量有限，因此无法从根本上解决电力短缺问题。而且分布式光伏的接入会使得配电网结构变得更加复杂，线路上存在大量不可控因素。随着分布式光伏的不断发展，电网电压水平不断上升，一旦超过电网能够承受的最大值，就会对电力品质产生负面影响。由于光照、季节和温度等多种因素的影响，分布式光伏系统在正常运行过程中表现出较大的不稳定性和不连续性，导致大量谐波产生，对电网造成严重干扰，从而对整个电力系统的运行产生负面影响。此外，分布式光伏接入电网系统后，会改变电网原有的潮流分布和结构，使得电能质量受到较大影响，甚至可能造成局部区域停电事故。因此，对于分布式光伏对电网的多种影响，必须进行全面深入的认知，并采取相应的预防措施。必须加强对分布式光伏并网的监控与管理，保证其能够稳定可靠地运行。

3.2分布式光伏的结构

分布式光伏分为两种结构：单独的太阳能发电系统和并网的太阳能发电系统，在这两种结构中，并网的太阳能发电系统得到了广泛的应用。并网的太阳能发电系统由光伏阵列、逆变器和监测系统构成。光伏阵列安装于建筑屋顶上，通过与电网的连接将光能转化为电能，然后经过逆变后输出至负载，因此光伏阵列是一种独立的供电结构。通过串联或并联单个部件，光伏阵列能够突破单个部件供电的限制。逆变器具备将直流电转化为交流电的能力。监测系统通过检测电网电压、电流和蓄电池状态来实现对整个系统运行情况的监视与控制。监测系统具备实时监测系统运行状态的能力，并能够及时发现系统出现的异常情况。

4分布式光伏发电提高点电能质量的未来规划和展望

4.1优化调压技术

调压技术就是利用电压调节器调节分布式光伏发电系统的电压。光伏发电最容易干扰主网的电压,调压技术能够改善并网的质量。王宁等人研究了基于光伏调压能力的并网方法,采用了机会约束规划模型,充分考虑系统运行无功优化措施,能有效改善电网的电能质量。张静炜等人针对潮流现象引发的电压分布恶化问题,研究了一种二层储能系统优化配置模型,该模型主要是把配电网电压越限调节作为主要目标,优化了电网的电压分布。调压技术要求对分布式光伏发电的电压做到精准控制,未来肯定要继续改善调压器,研究更加合理的安装策略,调节策略。

4.2加强窃电防范

随着我国光伏行业的迅速发展，窃电现象也逐渐增加。因为全网反向电力不收集，用户可以通过安装开关和电线把太阳能电池与网络表的电线接入家里进行窃电。在不发电的情况下，电网表中的反向电能不会计量，而且窃电不会影响整个网络的使用，导致窃电行为一般难以发现，隐蔽程度和窃电风险极高，应引起足够的重视。

4.3制订运维规范

在规划停电、故障抢修、状态检修、故障处理等方面，分布式光伏的要求更为严格。现场检查制度、工作票制度、工作结束和恢复供电制度、停电措施和投接地线安装、标牌安装等都要根据太阳能发电的实际情况而定。在电网发生故障时，要特别关注电网接入后可能产生的“孤岛”问题，制定相应的断网规划，明确负载转移的方案。

结语

从“十四五”规划中可以看出,国家政策对光伏发电非常重视,未来将迎来分布式光伏发电的持续发展。我国是可再生能源大国,分布式电源具有便捷、成本低、限制小、可广泛推广等多方面优点,是我国解决能源危机的重要手段之一。但是它带来的电能质量问题也不容小觑,如何解决电能质量问题是发展分布式光伏电源的关键点之一。本文根据国内外学者的研究,调查了分布式光伏发电的研究现状,针对分布式电源并网引发的电能质量问题研究现状,具体包括谐波污染、三相不平衡、电压偏差、频率偏差等方面,进行了分析和探讨,然后针对分布式光伏发电并网的关键技术问题进行了分析,最后阐述了分布式光伏发电提高点电能质量的未来规划。本文对分布式光伏发电的发展能够起到积极意义,对国家电网的发展策略和未来研究起到借鉴作用。

参考文献

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