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分布式光伏大规模并网的影响分析及对策

作者：张勤海日期：2015-01-23 09:11 来源：《电子制作》

国网山东高唐县供电公司山东聊城 252800

【文章摘要】
随着国家一系列光伏发电扶持政策的发布，社会各界对光伏发电的项目关注度也越来越高。光伏发电作为清洁能源，将是未来的发展趋势，越来越多的光伏发电项目将并网运行。本文重点对分布式光伏项目大规模并网对电网的影响进行了初步探讨。
【关键词】
光伏发电；并网；电网；影响及对策
1 高唐光伏发电并网情况现状
自2013 年以来，高唐公司共计受理光伏并网项目22 项，总计发电装机容量33.108 兆瓦，占到当前全社会最大用电负荷的近12%，所占比重相对较高。其中企业并网项目4 项，总装机容量33.05 千瓦, 时风20 兆瓦、安杰5 兆瓦光伏项目均已并网发电。仅2014 年下半年受理居民光伏并网项目15 项，总装机容量58 千瓦，容量从1.1 千瓦到22 千瓦不等，光伏并网发电项目出现大幅增加态势。
1.1 分布式光伏发电的基本概念
所谓的光伏发电，指的是利用半导体技术来实现发电。具体来说，就是利用半导体材料的光电效应，促使太阳能在物理作用下转化为电能。因为太阳能本身是一种清洁的自然资源，其在进行转换的过程中无论是从地域特点考虑，还是从整个发电的过程，都是较为灵活的方式, 因此分布式光伏发电被政府部门广泛看好。
1.2 分布式光伏发电的基本特点
光伏发电建设规模灵活，整体资本投入相对较少，运行费用低，投资优势越来越明显。此外在具体的技术实现过程中，建设周期较短，进行发电操作十分灵活，过程中一般无需增加专用高压设备，导致该发电技术实际应用中越来越容易实现。
目前高唐公司分布式光伏发电并网主要有两种方式，一是居民户小型光伏项目，通过低压线并网，直接接入公用配电网（如图1 所示）。二是企业投资光伏项目，一般通过用户内部低压线路并网，后经用户高压专变升压后接入公用电网（如图2 所示）。
图1
通过分析公司辖区安杰、时风等光伏并网项目运行数据发现以下特点，
(1) 光伏发电功率受天气影响波动较为严重，瞬时功率最大变化率超过10% 以上。
（2）小型逆变器输出谐波值随负载变化，波动大，当输出减少到额定输出90% 时，谐波失真有时甚至可达到20%。
（3）大规模分布式光伏电源并网后，因受天气影响，其发电出力随机性较大。
2 分布式光伏发电对配电网的影响分析
2.1 对电网电压的影响
分布式光伏并网发电过程中，会对整个电网电压的稳定性带来一定的影响。配电网一般呈辐射状，稳态运行状态下，电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入光伏电源后，由于馈线上的传输功率减少，使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高. 当并网点位于线路末端，且容量足够大时，可能导致一些负荷节点的电压偏移超标，其电压被抬高多少与接入光伏电源的位置及总容量大小密切相关。其次当大量并网光伏电源接入时，光伏电源对电压的影响还体现在可能造成电压的波动和闪变。由于光伏电源的出力随入射的太阳辐照度而变，可能会造成局部配电线路的电压波动和闪变，若跟负荷改变叠加在一起，将会引起更大的电压波动和闪变。
2.2 对电能质量的影响
逆变器作为分布式光伏并网的关键设备，采用大量电力电子元器件组成，其原理是通过电子开关的快速切换，实现直交流的互换上网，在这个过程难免要产生大量谐波，特别是当同一变电台区安装有较多同一厂家型号的逆变器时，同类型的逆变器( 内在电路和控制策略一致) 会造成特定次数的谐波叠加，谐波超标情况更为明显。谐波对配电网络和用户的影响范围很大. 通常包含改变电压平均值、造成电压闪变、导致旋转电机及发电机发热、变压器发热和磁通饱和、造成保护系统误动作、对通信系统产生电磁干扰和系统噪音，导致计量仪表计量不准确等不利影响。
2.3 对继电保护的影响
光伏发电并网给电力系统继电保护带来许多影响。我国现有配网，多数是以单电源放射状结构为主，但是这种方式明显不适于分布式光伏发电入网模式，如果光伏系统接入位置距离故障点比较近且容量达到一定值时，很可能引起误动。如果故障点在光伏系统的下游时，流过线路保护的短路电流比未接光伏系统是反而小，此时会降低保护的灵敏性。
3 对分布式光伏发电带来的影响的应对措施
分布式光伏发电技术的使用能够改善未来电力过度紧张的问题，为适应未来大规模分布式光伏电源的接入，保证电网的安全稳定运行，提出以下对策建议。
3.1 合理规划是基本前提
随着越来越多的分布式电源接入到配电网络中，集中式发电所占比例将有所下降，电力网络的结构和控制方式将会发生改变，这种改变带来的挑战和机遇将要求电力网络从设计、规划等各方面要进行升级换代，合理规划分布式电源接入位置和容量，在最大限度的利用光伏发电量的同时，将负荷节点的电压偏移等电网安全运行指标控制在规定的范围内，引导分布式光伏有序接入电网。
3.2 做好光伏项目并网计算分析是依据
（1）认真做好变电站、台区并网分布式电源的统计管理工作，特别是要做好台区单相并网逆变器的安装管控，确保三相并网容量平衡。因光伏发电存在随意性及快速调节特性，对低压弱电系统极易引起系统电压不稳定，根据《城市电力网规划设计导则》要求分布式电源短路比不低于10。《光伏电站接入电网技术规定》要求台区低压分布式电源并网容量一般不超台区容量的25%。
（2）加强光伏发电并网配电系统的电能质量监测，严格执行《光伏发电系统接入配电网技术规定》，光伏发电并网运行时向公共点注入的谐波电流等电能质量指标应满足GB/T14549-1993 的要求。其次分布式光伏电源并网后将改变原配电系统的故障特征，使故障后电气量变化更加复杂，需要认真开展分布式光伏并网后保护的计算校核，确保电网保护的正确动作，故障快速切除。
3.3 严把入网产品质量及安装工程验收是关键
在进行光伏发电并网过程中，要加强并网设备质量的把关，严格按照国家下发的光伏设备入网相关管理规定执行，选用国家认监委批准的认证光伏设备，坚决杜绝“三无”等不合格产品进入系统运行。严格按照国家《光伏发电工程验收规范》等相关标准，做好分布式光伏工程并网验收检查，相关安全数据试验分析工作，最大限度提高分布式光伏电源并网安全运行水平。
3.4 加强分布式光伏并网运行监测是重要方式
积极采用新技术加强分布式光伏并网电力系统的监控、调度，采用新的电网保护和控制技术，及时检测控制电网孤岛的发生，保证故障快速、可靠切除和及时恢复供电。
4 结论
分布式光伏发电以其节能、绿色环保等优势，发展上升势头将不可阻挡。随着越来越多的分布式光伏电源接入到配电网中，配电网的设计、规划、营运和控制都要升级换代来适应其发展，这些都需要电力工作者慢慢研究，但是伴随着分布式光伏发电技术的日益成熟，其必将引领电力发展进入一个全新时代，智能电网正在悄然向我们走来。
【参考文献】
刘杨华、吴政球、涂有庆. 分布式发电及其并网技术综述[J]. 电网技术， 2008(32)