段大偉 馬麗艷

（國網(wǎng)山東省電力公司德州分公司，山東 德州 253008）

論分布式光伏接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)的影響

段大偉 馬麗艷

（國網(wǎng)山東省電力公司德州分公司，山東 德州 253008）

隨著近年來分布式發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我們有必要對分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響做深入研究。本文通過對新一代發(fā)電技術(shù)——分布式發(fā)電技術(shù)的簡介，分別從對電壓的影響、對短路電流的貢獻(xiàn)、非正常孤島、注入電流諧波、注入直流分量、對配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、規(guī)劃和運(yùn)營的影響、提供輔助功能等方面進(jìn)行了闡述。

分布式光伏；配電；電源接入

1.對電壓的影響

在集中供電的配電網(wǎng)中，多為輻射狀。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中，電壓是沿著饋線潮流方向呈慢慢降低趨勢的。當(dāng)光伏電源被接入后，會使饋線上的傳輸功率下降，而沿饋線各負(fù)荷節(jié)點位置的電壓則會出現(xiàn)相應(yīng)的提高，有時候或者能造成某些負(fù)荷節(jié)點的電壓偏移或超標(biāo)，具體該節(jié)點的電壓被抬高到多少，與所接入的光伏電源的部位和它的總?cè)萘坑兄苯拥年P(guān)聯(lián)。一般而言，我們可利用在中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有載調(diào)壓變壓器和電壓調(diào)節(jié)器等調(diào)壓設(shè)備的方式，來控制負(fù)荷節(jié)點的電壓，確保其電壓偏移在可控且合規(guī)的范圍內(nèi)。而在調(diào)整配電網(wǎng)的電壓時，應(yīng)將光伏電源的運(yùn)行方式的設(shè)置合理與否作為重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，在正午時因陽光充足，光伏電源出力就會增大，如果線路輕載，那么光伏電源則會使接入點的電壓有明顯的抬高態(tài)勢。

2.對短路電流的貢獻(xiàn)

一般情況下，我們認(rèn)為當(dāng)配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)出現(xiàn)短路時，接入配電網(wǎng)絡(luò)的光伏電源幾乎對短路電流無任何貢獻(xiàn)，且穩(wěn)態(tài)短路電流相比較光伏電源額定輸出電流來說，只大19%～20%，且短路一剎那產(chǎn)生電流峰值與光伏電源逆變器本身的儲能元件和輸出控制性能也有著密切的關(guān)系。通常在配電網(wǎng)絡(luò)里，短路保護(hù)的措施多為過流保護(hù)與熔斷保護(hù)相結(jié)合的方法。而對高滲透率的光伏電源，一旦在饋電線路上出現(xiàn)短路，通常我們認(rèn)為是由于光伏電源提供了大多數(shù)的短路電流，這才導(dǎo)致短路故障難以檢出。根據(jù)多國的實驗結(jié)果可知，采用控制電流注入的光伏電源逆變器對短路電流貢獻(xiàn)實際上并不大。

3.非正常孤島

在分布式電源越來越廣泛的接入到配電網(wǎng)絡(luò)中，也在一定程度上增加了非正常孤島高發(fā)的可能，早在1998年IEC曾用“故障樹理論”對非正常孤島發(fā)生后可能出現(xiàn)觸電可能的問題進(jìn)行了詳細(xì)分析。而到了2002年，IEA-PVPS-Task-5也同樣應(yīng)用了“故障樹理論”對光伏電源的非正常孤島現(xiàn)象進(jìn)行了分析。此間，同樣把光伏電源滲透率大6倍夜間負(fù)荷的極端情形列入分析范圍內(nèi)，研究發(fā)現(xiàn)，非正常孤島能造成觸電情況發(fā)生的可能性很小，其概率約比10-9次/年還要小。與此同時，還對荷蘭當(dāng)?shù)氐哪硞€典型低電壓住宅區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，在該地區(qū)光伏電源出現(xiàn)非正常孤島運(yùn)行的可能概率約為10-5～10-6次/年，出現(xiàn)可能性小到幾乎可以忽略不計。而如果電網(wǎng)的運(yùn)行狀況不理想，如高阻抗條件時，光伏電源逆變器則無法準(zhǔn)確檢測出電網(wǎng)阻抗變化。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前仍沒有較好的解決方案來滿足德國對光伏電源反顧到策略的標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過近年來的大量研究和實驗證明：在未來有很多分布式電源接入到配電網(wǎng)中的話，如果措施得當(dāng)，那么就能將非正常孤島風(fēng)險降低，使其永遠(yuǎn)處于可控的安全合理范圍區(qū)間，且不會造成系統(tǒng)出現(xiàn)非正常孤島風(fēng)險有實質(zhì)性的增加，這也就是說，即便運(yùn)行中出現(xiàn)非正常孤島現(xiàn)象，也不引發(fā)光伏電源等分布式電源接入的技術(shù)壁壘，更不會形成任何妨礙影響。

4.注入電流諧波

電流諧波對配電網(wǎng)絡(luò)和用戶的影響不可謂不重大。其影響范圍一般包括：使電壓平均值有所改變、使電壓出現(xiàn)閃變、使旋轉(zhuǎn)電機(jī)和發(fā)電機(jī)出現(xiàn)發(fā)熱情況、導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)發(fā)熱和磁通飽和狀況、使保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)失誤動作、對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾、出現(xiàn)系統(tǒng)噪音等。通常而言，導(dǎo)致光伏電源逆變器出現(xiàn)諧波的原因主要包括：一是50Hz參考基波波形不理想導(dǎo)致；二是在高頻開關(guān)狀況下引發(fā)諧波發(fā)生。而降低甚至消除部分諧波時，應(yīng)從其影響因素上下手，主要包括諧波間的相位差、配電網(wǎng)的線路阻抗和負(fù)荷。例如，在光伏電源逆變器出現(xiàn)正弦基波的時候，可通過部分補(bǔ)償?shù)姆绞絹斫档团潆娋W(wǎng)的電壓波形出現(xiàn)畸變的可能，同時也會使逆變器輸出的電流諧波量增多，當(dāng)將光伏電源逆變器接入到弱電網(wǎng)內(nèi)的時，上述現(xiàn)象就會表現(xiàn)得更為明顯。而如果光伏電源逆變器檢測配電網(wǎng)電壓生成的是參考基波的時候，雖然此時光伏電源逆變器輸出的正弦波電流狀態(tài)良好，但卻不能補(bǔ)償配電網(wǎng)的電壓波形畸變?；诖?，在實踐運(yùn)行過程中，光伏電源注入的諧波電流通常均達(dá)到有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

5.注入直流分量

直流分量產(chǎn)生的不利影響主要針對配電網(wǎng)中的變壓器、電流式漏電斷路器（RCD）、電流型變壓器、計量儀表等部件，其中造成的消極影響最大的莫過于電流式漏電斷路器和變壓器，具體體現(xiàn)有：使電流式漏電斷路器出現(xiàn)失誤動作，導(dǎo)致變壓器磁通飽和、發(fā)熱，并在此過程中出現(xiàn)諧波和噪音等問題。為有效控制直流分量的注入，諸多的并網(wǎng)光伏電源逆變器多選用隔離變壓器。而隨著近十幾年來國內(nèi)科學(xué)技術(shù)水平發(fā)展的日新月異，諸多研究已經(jīng)證實：去除隔離變壓器對提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)成本有顯著的成效，因此當(dāng)前不帶隔離變壓器的光伏電源逆變器的應(yīng)用也越來越普遍。脈寬調(diào)制（Pulsewidthmodulatim，PWM）技術(shù)的光伏電源逆變器對控制直流分量輸出效果顯著，而如果遇到配電網(wǎng)電壓的正序不平衡或負(fù)序分量情況時，則會給以應(yīng)用了PWM技術(shù)的光伏電源逆變器性能帶來消極影響。

當(dāng)前，在直流分量對配電網(wǎng)變壓器的影響方面，目前國際上尚無直流分量上線的統(tǒng)一規(guī)定。在不同的國家要求標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，其中在英國，有研究者建議，每相的諧波畸變值應(yīng)控制在≤5%，或每個光伏電源注入到典型的500kVA配電網(wǎng)變壓器的直流分量≤40mA。而在美國，對要求每相電流應(yīng)≤有名值的0.5%。

6.對配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、規(guī)劃和運(yùn)營的影響

當(dāng)前分布式電源接入到配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用實例越來越多，同時集中式發(fā)電在現(xiàn)實應(yīng)用中的比例也在相應(yīng)地降低，這在一定程度上改變了電力網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和控制方法，這一變遷同樣也給電力網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、規(guī)劃、運(yùn)營和控制等各方面提出了更高的要求，可以說這是一個機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存的新時代，與時俱進(jìn)的更新?lián)Q代勢在必行?？梢灶A(yù)見，未來被消費的電能中，將有大部分源于低壓配電網(wǎng)絡(luò)，這也就預(yù)示著加強(qiáng)對配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化十分有必要。具體的調(diào)整方向總體而言可概括為怎樣使配電網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)電流的逆向和正向流動相適應(yīng)。至今，專家學(xué)者們提出的前沿概念包括模擬電站和微網(wǎng)，這些新概念是可以應(yīng)用到分布式光伏電源管理過程中的，使有功出力具有隨機(jī)性的光伏電源和有保證出力的電源和儲能裝置等進(jìn)行集結(jié)，使之成為一個整體的模擬電站或微網(wǎng)，并將其進(jìn)行相應(yīng)的整合，并入到當(dāng)前的電力生產(chǎn)和傳輸框架里。

7.提供輔助功能

當(dāng)前的光伏電源逆變器的功能多樣，具體應(yīng)用有：把光伏陣列出力饋送到電網(wǎng)；作為有源濾波器來用以改善提高電網(wǎng)電能質(zhì)量等。當(dāng)光伏電源和儲能裝置協(xié)作后，將發(fā)揮新的功能，如對配電網(wǎng)的電壓、頻率和穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)節(jié)，與此同時，還能為重要負(fù)荷提供UPS功能。此外，光伏電源還具有通過驅(qū)動水泵抽水儲能來為電網(wǎng)提供黑啟動電源等性能。

結(jié)語

綜上所述，分布式發(fā)電技術(shù)是一種新生的發(fā)電技術(shù)，具有非常好的發(fā)展空間。為更好地與分布式發(fā)電的發(fā)展需求相適應(yīng)，這就要求配電網(wǎng)的設(shè)計、規(guī)劃、運(yùn)營和控制必須要升級換代。在分布式發(fā)電技術(shù)中，光伏電源的發(fā)展速度很快，且分布式光伏電源接入到配電網(wǎng)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛。座椅，我們必須加大對分布式光伏接入對配電網(wǎng)影響的研究，并在科學(xué)的研究基礎(chǔ)上，引入新的技術(shù)，并制定有關(guān)管理方法，確保其能安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

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