陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司 賈國征 時(shí)碩凡

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分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展探究

陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司 賈國征 時(shí)碩凡

【摘要】本文通過對(duì)分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展方式進(jìn)行研究，并對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)、分布式光伏發(fā)電進(jìn)行詳細(xì)介紹，從分布式光伏發(fā)電對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的影響，兩者間的協(xié)調(diào)發(fā)展的角度進(jìn)行分析和研究。

【關(guān)鍵詞】分布式；光伏發(fā)電；主動(dòng)配電網(wǎng)；協(xié)調(diào)發(fā)展

1 主動(dòng)配電網(wǎng)的核心理念

主動(dòng)配電網(wǎng)是指可以綜合控制多個(gè)分布式電源、負(fù)荷或儲(chǔ)能裝置的新型配電網(wǎng)絡(luò)，通過借助更為靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂葡到y(tǒng)，在一定程度上，保證分布式資源在合適的監(jiān)管環(huán)境和準(zhǔn)入?yún)f(xié)議下，為配電系統(tǒng)提供更穩(wěn)定的支持。主要體現(xiàn)在“規(guī)劃、控制、管理、 服務(wù)”的主動(dòng)性與“感知”的全面性。主動(dòng)配電網(wǎng)被看作為“智能配電系統(tǒng)”，在社區(qū)和廠區(qū)間都有推廣應(yīng)用，其對(duì)提高整個(gè)電力系統(tǒng)的調(diào)度控制具有積極作用。事實(shí)上，主動(dòng)配電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要涉及電力系統(tǒng)、儲(chǔ)能材料、電力電子、網(wǎng)絡(luò)通訊以及自動(dòng)控制等幾個(gè)領(lǐng)域。

2 分布式光伏發(fā)電的原理

光伏發(fā)電的原理是，借助半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，直接將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N可再生性綠色發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵元件是太陽能電池板，太陽能電池板經(jīng)串聯(lián)、封裝后形成大面積太陽能電池組件，再通過與功率控制器等元件的配合，共同構(gòu)成光伏發(fā)電裝置。分布式光伏發(fā)電的工作原理指：太陽光照射到半導(dǎo)體p-n結(jié)，形成新的空穴-電子對(duì)，并在p-n結(jié)內(nèi)電場作用下，使空穴由n區(qū)流向p區(qū)，而與此同時(shí)電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后在傳導(dǎo)元件上形成電流。

3 分布式光伏發(fā)電對(duì)主動(dòng)配電網(wǎng)的影響

3.1 配電網(wǎng)規(guī)劃問題

配電系統(tǒng)的規(guī)劃，主要通過一定時(shí)間和空間內(nèi)配點(diǎn)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，以判斷最佳的系統(tǒng)建設(shè)方案，滿足負(fù)荷增長和穩(wěn)定供電的條件，最后通過確定最優(yōu)變電站布點(diǎn)布局和網(wǎng)絡(luò)接線方式，安排合理的投資水平、投資時(shí)間，降低整個(gè)配電系統(tǒng)成本和運(yùn)營成本。近年來隨著分布式光伏發(fā)電的發(fā)展，主要配電系統(tǒng)中最優(yōu)配電網(wǎng)方案的規(guī)劃和選擇，都需要考慮它帶來的影響：a. 提高規(guī)劃區(qū)內(nèi)電力負(fù)荷預(yù)測的難度；b. 規(guī)劃區(qū)內(nèi)用戶］DG安裝點(diǎn)難以確定；c. 雖DG減少或推遲影響配電系統(tǒng)投資建設(shè)，但DG位置和規(guī)模不合理可能會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)內(nèi)某設(shè)備利用率的降低，增加網(wǎng)損和維持電力公司經(jīng)濟(jì)效益的可能。

3.2 諧波問題

基于電力電子技術(shù)的、逆變器接入的分布式電源，電壓調(diào)節(jié)和控制方式都與常規(guī)方式有很大不同。其開關(guān)器件的頻繁和開關(guān)頻率附近的諧波分量可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染。另外， 逆變器運(yùn)行過程中，在參數(shù)不均衡、 出發(fā)脈沖不對(duì)稱的情況下，出現(xiàn)直流電流入配電變壓器的問題，造成變壓器的直流偏磁引起功率因數(shù)惡化、異常發(fā)熱和波形畸變。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，必須對(duì)工作狀態(tài)下配電系統(tǒng)中諧波進(jìn)行測量分析與抑制。

3.3 電壓波動(dòng)與閃變問題

電壓降落與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，在電阻性配電網(wǎng)中，供電過程中有功波動(dòng)會(huì)影響各點(diǎn)的電壓情況。光伏發(fā)電的電能輸出會(huì)受天氣變化影響，多云、陰天等天氣，發(fā)電功率會(huì)出現(xiàn)劇烈波動(dòng)或穩(wěn)定相差等變化。當(dāng)發(fā)電功率的最大變化率超過 10% 時(shí)，光伏發(fā)電功率的隨機(jī)性可能會(huì)造成供電電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和閃變，這種電壓問題會(huì)直接影響到用戶的用電設(shè)備安全。

3.4 繼電保護(hù)問題

傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)設(shè)計(jì)多是在主饋線安裝自動(dòng)重合閘裝置，變電站處安裝反向過電流斷路器，支路安裝設(shè)熔斷器。對(duì)單電源、放射狀的供電網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的瞬時(shí)故障進(jìn)行防控。當(dāng)分布式電源接入后，電源自身故障會(huì)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行和保護(hù)都產(chǎn)生影響，此時(shí)的配電網(wǎng)已經(jīng)變化成為多電源結(jié)構(gòu)，發(fā)生短路電流的變化。繼電保護(hù)的工作行為則會(huì)受到光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響，尤其是基于斷路器的三段式電流保護(hù)，影響最為嚴(yán)重。

3.5 孤島問題

分布式光伏發(fā)電設(shè)備計(jì)入主動(dòng)配電網(wǎng)供電系統(tǒng)中時(shí)，電網(wǎng)發(fā)生線路故障、頻率不穩(wěn)定、電壓越限或振蕩失步等問題時(shí)，雖DG與配電網(wǎng)斷開，但仍與本地負(fù)載連接，繼續(xù)進(jìn)行供電過程，形成一個(gè)封閉的供電子系統(tǒng)。在這個(gè)供電子系統(tǒng)內(nèi)有電能的傳輸、消耗，但卻與電網(wǎng)隔離。脫離電力部門管理，成為“孤島”?！肮聧u”問題容易引發(fā)多種安全隱患：1）威脅到線路維護(hù)人員的人身安全；2）影響與孤島地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)相連用戶的供電質(zhì)量；3）無法協(xié)調(diào)內(nèi)部保護(hù)裝置工作；4）整個(gè)供電線路恢復(fù)后可能產(chǎn)生相位不同步現(xiàn)象；5）“孤島”電網(wǎng)與主網(wǎng)間不同步重合閘產(chǎn)生操作電壓等。

4 分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展分析

傳統(tǒng)電力供應(yīng)系統(tǒng)通常作為高度復(fù)雜的供電系統(tǒng)的代表，一般采用統(tǒng)一集中式的規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)用管理，強(qiáng)調(diào)對(duì)涉網(wǎng)線路、用戶、設(shè)備的檢查和管理，強(qiáng)化對(duì)相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一控制。為確保電力供應(yīng)系統(tǒng)安全與穩(wěn)定，分布式光伏發(fā)電在發(fā)電特點(diǎn)和優(yōu)勢上都采用特立獨(dú)行、靈活控制的方式，增加電網(wǎng)接入時(shí)的技術(shù)門檻，通過嚴(yán)格制限制發(fā)展深度和擴(kuò)大接納寬度的方式，對(duì)分布式光伏發(fā)電裝置進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)，但由于技術(shù)性的缺乏，或管理等方面的不到位，總是會(huì)對(duì)電網(wǎng)的升級(jí)改造、分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用推廣產(chǎn)生影響。分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展是制約現(xiàn)階段配電網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新的重要問題。

4.1 政策規(guī)劃

通過對(duì)比兩者之間的差異，分布式發(fā)電和主動(dòng)配電網(wǎng)都需要相關(guān)政策法規(guī)的支持，在建設(shè)規(guī)劃的設(shè)計(jì)階段，要結(jié)合地區(qū)差異和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等，與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行協(xié)調(diào)和規(guī)劃，鼓勵(lì)不同條件和需求下的技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)。目前我國分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的有效結(jié)合方式主要有 3 種：1）在電網(wǎng)架構(gòu)薄弱地區(qū)、缺電地區(qū)，以提高地區(qū)供電能力為主，提高有效供電過程中電壓的穩(wěn)定性、電壓自適應(yīng)控制、分布式光伏發(fā)電的高滲透率接入、 并離網(wǎng)切換，以及微網(wǎng)運(yùn)行控制等技術(shù)方面的改進(jìn)；2）以城鎮(zhèn)地區(qū)為主，分布式光伏發(fā)電密度較高、接入點(diǎn)分散，以供電電能質(zhì)量控制、提高能量利用效益、優(yōu)化控制潮流特性等技術(shù)改進(jìn)為重點(diǎn)研究內(nèi)容；3）工業(yè)園區(qū)等生產(chǎn)區(qū)域，分布式光伏發(fā)電以大規(guī)模、連片式、流暢性為主要特點(diǎn)進(jìn)行電壓供應(yīng)，需要解決的是遠(yuǎn)程調(diào)度、繼電保護(hù)、功率預(yù)測等技術(shù)工作。

4.2 技術(shù)規(guī)范

分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，需要更多技術(shù)支持。發(fā)展早期，技術(shù)特征多集中在防范比例影響，規(guī)范分布式光伏發(fā)電秩序上，研究內(nèi)容也多是提高性能，增加適應(yīng)性和可靠性，具體包括電能質(zhì)量、故障穿越等工作的完善。技術(shù)規(guī)范是指通過對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格約束，以保證供電線路的穩(wěn)定和供電能力的穩(wěn)步提升。隨著近年來分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用推廣，技術(shù)規(guī)范的約束方式多體現(xiàn)出的弊端越來越顯著。分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電要協(xié)調(diào)發(fā)展，必須對(duì)傳統(tǒng)配電網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，構(gòu)建完整的創(chuàng)新和發(fā)展體系。在當(dāng)前的分布式光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展階段，主動(dòng)配電網(wǎng)的進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)提高電力系統(tǒng)的可調(diào)度性和穩(wěn)定性都具有重要價(jià)值。在未來主動(dòng)配電網(wǎng)發(fā)展的高級(jí)階段，技術(shù)特征應(yīng)該會(huì)集中體現(xiàn)在主動(dòng)配電網(wǎng)的內(nèi)部負(fù)荷、 儲(chǔ)能裝置、分布式發(fā)電裝置、能量管理系統(tǒng)等各項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容之間的聯(lián)合調(diào)控和配合程度上。技術(shù)規(guī)范是指通過循序漸進(jìn)的方式，引導(dǎo)傳統(tǒng)配電網(wǎng)向主動(dòng)配電網(wǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4.3 實(shí)驗(yàn)示范

通過對(duì)分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的某些核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行驗(yàn)證演示，以推進(jìn)技術(shù)研究的進(jìn)程，強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)的推廣力度。通過對(duì)分布式光伏發(fā)電與主動(dòng)配電網(wǎng)的結(jié)合方式和應(yīng)用典型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)示范，對(duì)電力供應(yīng)薄弱區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，研究控制技術(shù)的開發(fā)和發(fā)展。城鎮(zhèn)內(nèi)，主動(dòng)配電網(wǎng)絡(luò)通過借助儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)荷管理，重點(diǎn)對(duì)分布式發(fā)電裝置的靈活接入和分散運(yùn)行進(jìn)行觀測、研究，從而確定針對(duì)整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的控制策略。調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置、分布式光伏發(fā)電的控制等，需要在配電網(wǎng)內(nèi)部的功率和電壓處于一定范圍內(nèi)時(shí)，才能保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和高效運(yùn)行。

5 結(jié)語

借助主動(dòng)配電網(wǎng)技術(shù)，分布式光伏發(fā)電能夠通過儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷聯(lián)合調(diào)控等元件的配合，能夠發(fā)揮更多更大的作用，在未來社區(qū)配電的中也具有廣闊的發(fā)展前景。另外，主動(dòng)配電網(wǎng)的發(fā)展和研究不僅是當(dāng)下的熱點(diǎn)，更是推動(dòng)電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容和創(chuàng)新方向，應(yīng)在技術(shù)、政策、實(shí)驗(yàn)等各個(gè)方面，給與分布式光伏發(fā)電和主動(dòng)配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展和共同進(jìn)步的機(jī)會(huì)。

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作者簡介：

賈國征（1974－），男，陜西韓城人，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司。

時(shí)碩凡（1986－），女，河南新鄉(xiāng)人，大學(xué)本科，助理工程師，現(xiàn)供職于陜西光伏產(chǎn)業(yè)有限公司。