摘 要：主要介紹東莞電網(wǎng)光伏發(fā)電并網(wǎng)現(xiàn)狀，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的形式及運行特點，研究光伏發(fā)電并網(wǎng)對東莞電網(wǎng)的影響，并對光伏發(fā)電并網(wǎng)運行對電網(wǎng)帶來的風險進行評價，提出相應建議。

關鍵詞：光伏發(fā)電；微電網(wǎng)；孤島效應；最大功率跟蹤

引言

太陽能是可再生資源，它資源豐富，即可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境沒有污染，光伏發(fā)電是對太陽能的一種有效利用形式，為人類創(chuàng)造了一種新的生活形態(tài)[1]，我國出臺了大量扶持政策促進光伏發(fā)電產業(yè)。將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入到大電網(wǎng)并網(wǎng)運行，與大電網(wǎng)互為支撐，是提高光伏發(fā)電規(guī)模的重要技術出路[2]。面臨大量光伏發(fā)電設備并網(wǎng)大電網(wǎng)運行的需求，除了在經濟政策和法規(guī)方面需進一步完善外，在技術層面能否解決好光伏發(fā)電系統(tǒng)接入大電網(wǎng)后兩部分均能安全高效運行這一重大問題，也是決定光伏發(fā)電能夠大規(guī)模進行商業(yè)應用的關鍵。

1 東莞光伏發(fā)電并網(wǎng)的現(xiàn)狀

近年來，隨著東莞產業(yè)結構的轉型升級，大批先進制造業(yè)企業(yè)進入東莞，加上東莞市政府出臺了一系列光伏產業(yè)扶持政策，東莞光伏發(fā)電有了長足的發(fā)展。截至2012年10月份，已經并網(wǎng)及將要并網(wǎng)的光伏發(fā)電裝機容量超過14MW。

2 光伏發(fā)電的特點及分類

2.1 光伏發(fā)電的特點

通常光伏系統(tǒng)由光伏電池方陣、蓄電池、控制器、直流監(jiān)測匯流器、逆變器和交流配電柜等設備組成，光伏電池方陣負通過“光生伏特效應”將太陽能轉換成電能，逆變器將直流電轉換成工頻交流電。

與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比較，光伏發(fā)電的特點有：（1）受光照、溫度等因素的影響，輸出功率變化較快[3]；輸入側的一次能源功率不能主動在技術范圍內進行調控，只能被動跟蹤當時光照條件下的最大功率點；（2）光伏電池方陣輸出的電能為直流電，不能直接介入公網(wǎng)，必須通過逆變器轉換成工頻交流電。

2.2 光伏發(fā)電的并網(wǎng)形式

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的基本必要條件是，逆變器輸出之正弦波電流的頻率和相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相同，目前光伏發(fā)電主要有發(fā)電側并網(wǎng)和用戶側并網(wǎng)兩種形式。

發(fā)電側并網(wǎng)是指光伏電站所產生的電能通過升壓變電站、中高壓輸電線路直接輸送至公用電網(wǎng)，再由通過配電網(wǎng)統(tǒng)一調配給用戶。發(fā)電側并網(wǎng)適用于大型光伏電站并網(wǎng)，通常離負荷點比較遠，荒漠光伏電站采用這種方式并網(wǎng)。

用戶側并網(wǎng)光伏電站是所發(fā)的電能直接就地分配給用戶使用，電力盈缺部分通過大電網(wǎng)來調節(jié)，與大電網(wǎng)之間的電力交換可能是雙向的，用戶側并網(wǎng)適于小規(guī)模用戶自備光伏電站，通常城區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用這種方式，特別是與建筑結合的光伏系統(tǒng)。側并網(wǎng)又分為可逆流系統(tǒng)及不可逆流系統(tǒng)兩種。可逆流系統(tǒng)一般適用于小型分布式并網(wǎng)系統(tǒng)或自發(fā)自用的場合，多余或不足的電力通過電網(wǎng)調節(jié)；不可逆流系統(tǒng)所產生的電能只能用于自用，不能上網(wǎng)，該系統(tǒng)具有并網(wǎng)但不上網(wǎng)的特點。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)對東莞電網(wǎng)的影響

光伏發(fā)電的運行特性與傳統(tǒng)發(fā)電廠具有很大的差異，其大規(guī)模并網(wǎng)必將給東莞電網(wǎng)帶來深刻的影響。

3.1 對電網(wǎng)調度運行的影響

光伏電站出力隨機性強，運行控制困難：光伏電站出力收光照的影響具有明顯的波動性和隨機性，當光伏發(fā)電并網(wǎng)達到一定規(guī)模后，輻照強度短期波動和周期性變化將引起線路電壓、潮流超限，斷面交換功率的控制難度加大。因光伏電站自身無旋轉慣性環(huán)節(jié)，有功功率階躍性變化，使電網(wǎng)短期負荷預測準確性降低，增加了傳統(tǒng)發(fā)電和運行計劃的難度，需要增加電網(wǎng)的旋轉備用容量來保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

3.2 對電網(wǎng)安全及電能質量的影響

已經并網(wǎng)的光伏電站與主網(wǎng)非計劃解列可能帶來孤島運行問題。孤島效應使電壓及頻率失去控制，孤島系統(tǒng)中的電壓和頻率將發(fā)生較大的波動，對電網(wǎng)和用戶設備造成損害。孤島效應可能導致故障不能清除，干擾電網(wǎng)正常供電系統(tǒng)的恢復，使得一些被認為已經與所有電源斷開的線路帶電，給線路維護人員帶來點擊的危險。與電網(wǎng)非計劃解列的光伏電站重新并網(wǎng)時，存在非同期合閘，損壞斷路器的危險。

3.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電線路保護的影響

東莞低壓配電網(wǎng)為單電源放射狀結構，采用三段式電流保護，不具備方向性。這種保護方式在現(xiàn)有的輻射型配電網(wǎng)上，能夠有效地保護全部線路。但是，在配電網(wǎng)中接入分布式電源后，其注入功率會使繼電保護范圍縮小，不能可靠地保護整體線路，甚至在其他并聯(lián)分支故障時，引起保護誤動作。

3.4 電力電子器件帶來的電能質量問題

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器采用高頻開關電子器件，易產生諧波。光伏電池陣列輸出的功率與環(huán)境因素密切相關，光伏電池的伏-安特性呈非線性，需要MPPT（最大功率點跟蹤）控制器找到光伏陣列在確定日照和溫度條件下輸出最大功率時對應的工作電壓，以適應環(huán)境的變化，輸出功率不確定性易造成電網(wǎng)電壓波動、閃變。

3.5 光伏發(fā)電并網(wǎng)使運行監(jiān)測的范圍大大延伸

電網(wǎng)調度運行必須隨時關注發(fā)電系統(tǒng)的運行工況，大量光伏發(fā)電系統(tǒng)通過中低壓配電網(wǎng)接入，使電網(wǎng)運行實時監(jiān)測的范圍需要有很大延伸；光伏發(fā)電作為新的發(fā)電模式，實時監(jiān)測的信息類型與傳統(tǒng)發(fā)電模式有所區(qū)別，必須對原有的電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)進行擴展、升級。

3.6 光伏并網(wǎng)發(fā)電對配電網(wǎng)的規(guī)劃提出了新的要求

當光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)將由原來單一電能分配的角色轉變?yōu)榧娔苁占?、電能傳輸和電能分配于一體的新型電力交換系統(tǒng)，使傳統(tǒng)的電力需求預測模型不再使用。在配電網(wǎng)的規(guī)劃設計中，需要考慮光伏電站并網(wǎng)的數(shù)量、規(guī)模，驗證各區(qū)域光伏電站并網(wǎng)的合適容量，考慮在極短情況下電網(wǎng)是否有足夠的備用容量保持電網(wǎng)的穩(wěn)定。

4 對策

光伏發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)運行必將稱為東莞電網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢，在研究光伏發(fā)電并網(wǎng)對東莞電網(wǎng)影響的條件下，必須提前在技術層面提出應對光伏發(fā)電并網(wǎng)的對策[4]。

4.1 研究光伏并網(wǎng)發(fā)電的運行控制理論與技術

建立精確的光伏發(fā)電的動態(tài)模型，是對光伏發(fā)電運行特性研究的前提。通過研究光伏電池的輸出特性，建立融合天氣數(shù)據(jù)的動態(tài)模型，分析不同運行條件下光伏發(fā)電的運行規(guī)律，提高光伏發(fā)電功率預測的準確性，研究針對光伏發(fā)電特點的電網(wǎng)運行控制理論，為在不確定性因素較多的情況下制定切實可行的發(fā)電和運行計劃提供保障。

4.2 研發(fā)支撐光伏發(fā)電并網(wǎng)的監(jiān)測、保護與控制裝備

4.2.1 研究光伏發(fā)電對配電網(wǎng)中短路電流大小、流向及分布的影響，以及含光伏電源的配電網(wǎng)保護與控制技術，以保證故障的快速、可靠切除[5]。

4.2.2 光伏發(fā)電存在較大的不確定性，呈階躍性變化，諧波污染可能給所接入系統(tǒng)的用戶帶來電能質量問題，需要研究新型的電能質量綜合監(jiān)控技術及提高電能質量的新星裝備。

4.2.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)使配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控趨于復雜化，電網(wǎng)運行需要監(jiān)測的信息類型和范圍增加，需要研發(fā)新型的配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。

4.3 健全光伏發(fā)電接入公共電網(wǎng)的技術標準與規(guī)范

為了保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，引導光伏發(fā)電有序地接入大電網(wǎng)，必須在國家現(xiàn)有的技術標準及法規(guī)框架下根據(jù)東莞電網(wǎng)自身的提點，健全光伏發(fā)電接入公共電網(wǎng)的技術標準與規(guī)范。

4.4 研究與應用新型配電系統(tǒng)的規(guī)劃理論與方法

建立適應光伏發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)電力需求預測模型，研究光伏發(fā)電電源的優(yōu)化配置，包括選址和容量，研究光伏發(fā)電輸出控制方式、接入位置和并網(wǎng)方式，研究其對電網(wǎng)諧波和電壓波動與閃變的影響等，從規(guī)劃層面保證配電網(wǎng)經濟性、安全性、環(huán)保性和電能質量的綜合優(yōu)化。

5 結束語

5.1 隨著國家對光伏產業(yè)的支持力度進一步加大，光伏發(fā)電并網(wǎng)將迎來高峰期，大規(guī)模的光伏發(fā)電并網(wǎng)對東莞電網(wǎng)的影響與風險評價工作將全面展開。

5.2 針對光伏發(fā)電并網(wǎng)對東莞電網(wǎng)的影響，必須盡快開展相關領域的研究工作，研究制定并網(wǎng)技術標準，運行規(guī)程，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

5.3 在光伏并網(wǎng)發(fā)電的技術標準、法律法規(guī)還不完善的情況下，東莞供電局對并入東莞電網(wǎng)的光伏電站采取“用戶側并網(wǎng)，自發(fā)自用”，“只監(jiān)視、不調度”的原則，光伏發(fā)電項目在設計階段需要考慮光伏電站的容量占峰值負荷的比例，防止電能向公共電網(wǎng)倒送。

參考文獻

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