曹煒，董浩洋，李蕓，衛(wèi)皇蒞，高生凱

（上海電力大學(xué)電力工程學(xué)院，上海 200090）

目前，以光伏、風(fēng)電為代表的新能源大力發(fā)展，逐漸減少一次能源消耗及污染物的排放，在全球能源問題和環(huán)境問題中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1-3]。目前，我國已經(jīng)成為全球新能源規(guī)模最大、發(fā)展最快的國家[4]。但是隨著分布式光伏接入比例的提升，對(duì)我國電網(wǎng)運(yùn)行也產(chǎn)生一定的挑戰(zhàn)[5-9]。

我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的負(fù)荷密集區(qū)，光伏發(fā)展具有分布式、集中式并重的特點(diǎn)，華東區(qū)域正是這樣。2019年華東電網(wǎng)分布式光伏裝機(jī)容量約達(dá)23 GW，占光伏總裝機(jī)的46.7%和全網(wǎng)總裝機(jī)的6.3%。同時(shí)，隨著國家“光伏扶貧”的推進(jìn)以及分布式光伏相關(guān)激勵(lì)政策的出臺(tái)，分布式已成為華東電網(wǎng)光伏發(fā)展的重要趨勢(shì)，部分地區(qū)已出現(xiàn)分布式光伏發(fā)電功率倒送主網(wǎng)的情況（即可認(rèn)為該部分地區(qū)的分布式光伏接入水準(zhǔn)已達(dá)到較高比例），相關(guān)配電網(wǎng)的無功平衡、電壓控制、分布式光伏接入標(biāo)準(zhǔn)和防孤島保護(hù)等潛在問題逐漸凸顯。

德國作為歐洲能源轉(zhuǎn)型的先行國之一，2002年—2019年期間光伏總裝機(jī)完成了從0.3 GW至49 GW的轉(zhuǎn)變，分別占同年德國總裝機(jī)的0.27%和23.5%[10]，而分布式光伏裝機(jī)2019年已達(dá)光伏總裝機(jī)的95%以上，并仍具有良好的發(fā)展?jié)摿?。一?xiàng)德國聯(lián)邦交通和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施部（federal ministry of transport and digital infrastructure）委托的研究估計(jì)德國具有150 GW的屋頂光伏潛力和143 GW的地面光伏潛力，考慮電源組合經(jīng)濟(jì)優(yōu)化后，德國聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)事務(wù)與能源部（federal ministry for economic affairs and energy）于2018年10月提出了2030年和2050年光伏總裝機(jī)分別達(dá)到100 GW和200 GW的計(jì)劃[11]。此外，2014年德國部分地區(qū)已出現(xiàn)分布式光伏功率倒送主網(wǎng)的現(xiàn)象，且根據(jù)預(yù)測(cè)2024年這種現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步增加，德國經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國部分電網(wǎng)應(yīng)對(duì)分布式光伏大量接入面臨的問題具有極大的參考意義。

此外，隨著分布式光伏高比例接入，會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)故障中分布式光伏脫網(wǎng)，加劇電力系統(tǒng)功率不平衡、加快系統(tǒng)頻率下降進(jìn)程的現(xiàn)象。英國2019年8月9日發(fā)生的大停電事故暫態(tài)過程中，分布式光伏脫網(wǎng)3批次，出力損失累計(jì)達(dá)700 MW，占低頻減載保護(hù)觸發(fā)前出力損失的37%以及全程總出力損失的33.7%。分布式光伏脫網(wǎng)在一定程度上加速觸發(fā)了該電網(wǎng)頻率下降速率，加快了低頻減載保護(hù)動(dòng)作，最終造成約110萬用戶（約1 000 MW負(fù)荷）在15～45 min內(nèi)停電。事故后，英國電網(wǎng)加速了分布式光伏的防孤島保護(hù)改進(jìn)進(jìn)程[12-14]。英國此次停電事故的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)對(duì)我國電網(wǎng)的分布式光伏接入管理也具有一定的借鑒意義。

文章收集梳理德國等分布式光伏高比例接入電網(wǎng)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，針對(duì)我國部分電網(wǎng)面臨的類似挑戰(zhàn)，提出相關(guān)應(yīng)對(duì)建議。

1 德國光伏發(fā)展經(jīng)驗(yàn)

德國以分布式為主的光伏電源，正在逐步改變德國電網(wǎng)的負(fù)荷分布狀況。2014年德國部分地區(qū)已呈現(xiàn)負(fù)負(fù)荷情況（即分布式光伏功率倒送主網(wǎng)），預(yù)計(jì)2024年德國大部分地區(qū)均會(huì)呈現(xiàn)該現(xiàn)象[15]，負(fù)荷情況如圖1所示。德國光伏穩(wěn)定快速的發(fā)展既得益于德國一系列與時(shí)俱進(jìn)不斷更新的、極具可操作性的能源法案的引領(lǐng)，也得益于具有法案支撐的、對(duì)分布式光伏明確具體的接入管理。

圖1 德國2014年以及預(yù)測(cè)2024年電網(wǎng)負(fù)荷情況Fig.1 Germany 2014 and forecasted 2024 grid load situation

1.1 法案引領(lǐng)

德國于2000年開始頒布實(shí)施可再生能源法案《可再生能源法（EEG）》（erneuerbare-energiengesetz（德）），其后根據(jù)能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程和光伏發(fā)展的實(shí)際情況，進(jìn)行不定期的修訂和完善[16-22]。

該法案意味著光伏相對(duì)傳統(tǒng)能源獲得更優(yōu)先的發(fā)電權(quán)，并且獲得20 a以上的固定“上網(wǎng)電價(jià)（feed-in tariff，F(xiàn)IT）”，除了出售給運(yùn)營商的批發(fā)收入以外，還可以向電力用戶收取額外的可再生能源稅（EEG附加稅）。

為進(jìn)一步推動(dòng)光伏的快速發(fā)展，《可再生能源法2004》提高對(duì)光伏發(fā)電的補(bǔ)貼以及取消對(duì)電力供應(yīng)商的新能源發(fā)電設(shè)備的補(bǔ)貼限制，使得2004年—2009年期間，光伏裝機(jī)容量大幅增加，其年平均光伏裝機(jī)增加率高達(dá)74.5%，截至2009年底光伏總裝機(jī)已達(dá)到2004年光伏總裝機(jī)的9.6倍[18]。同時(shí)，光伏容量的飛速增長以及高昂的光伏補(bǔ)貼給德國電網(wǎng)帶來一定的挑戰(zhàn)。為了保證光伏的穩(wěn)定發(fā)展，《可再生能源法2009》規(guī)定光伏發(fā)電補(bǔ)貼逐年降低[19]；《可再生能源法2014》規(guī)定部分光伏項(xiàng)目需自行通過電力市場(chǎng)消納[20]；《可再生能源法2016/2017》規(guī)定逐漸取消綠色電力入網(wǎng)價(jià)格補(bǔ)貼，并將采用招投標(biāo)模式確定對(duì)光伏項(xiàng)目的建設(shè)與補(bǔ)貼資助[21-22]。

德國的一系列《可再生能源法》中提到的可再生能源消納措施具體而微，極具可操作性。例如，在《可再生能源法2017》中有如下規(guī)定（此前在《可再生能源法2014》中也有所提及）：

1）容量在30～100 kW之間的光伏裝置在系統(tǒng)過載時(shí)可遠(yuǎn)程控制削減發(fā)電；

2）容量小于30 kW的光伏裝置系統(tǒng)過載時(shí)可遠(yuǎn)程控制削減發(fā)電或者將有效發(fā)電功率控制在總?cè)萘康?0%以下（一個(gè)地塊或一棟樓里的都應(yīng)該算一個(gè)光伏裝置）。

此外，還有其它的法案和《可再生能源法》相配合，例如：《德國能源法EnWG》規(guī)定了配電系統(tǒng)運(yùn)營商應(yīng)向與之簽訂了網(wǎng)絡(luò)使用合同的低壓供應(yīng)商和最終用戶削減電網(wǎng)費(fèi)用，以換取對(duì)電網(wǎng)最終可中斷負(fù)荷的控制權(quán)等[23]。

再如，《計(jì)量點(diǎn)操作法（the metering point operation act）》規(guī)定了智能測(cè)量系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)[24]：

1）年耗電量達(dá)6 000 kW·h的消費(fèi)者需加裝智能測(cè)量系統(tǒng)，且從2017年起8 a內(nèi)，根據(jù)總耗電量的不同（6～100 MW·h），每年收取不同的費(fèi)用（100～200歐元）；

2）年耗電量不超過6 MW·h的消費(fèi)者需加裝智能測(cè)量系統(tǒng)，且根據(jù)年耗電量的不同（不超過2～6 MW·h），每年收取不同的費(fèi)用（23～60歐元）；

3）裝機(jī)容量超過7 kW的用戶需加裝智能測(cè)量系統(tǒng)，且從2017年起根據(jù)每年總裝機(jī)容量的不同（7～100 kW），收取不同的費(fèi)用（100～200歐元）；

4）裝機(jī)容量不超過7 kW的用戶，且從2018年起新裝機(jī)部分都將加裝智能測(cè)量系統(tǒng)，每年收取費(fèi)用不超過60歐元；

這些法案為分布式光伏發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的法律依據(jù)，規(guī)范了電網(wǎng)運(yùn)行商和光伏業(yè)主的行為，推動(dòng)并保障了德國分布式光伏的健康發(fā)展。

1.2 德國的分布式光伏接入管理

以上述極具可操作性的一系列法案為依托，德國先后制定了《中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（VDE-AR-N 4110/4105）》等，包含了有功控制、無功能力、電能質(zhì)量、保護(hù)配置和電網(wǎng)故障分析等各個(gè)方面，部分相關(guān)內(nèi)容介紹如下[25-27]。

1.2.1 電壓幅值

規(guī)定了電網(wǎng)中每個(gè)公共連接點(diǎn)的電壓幅值變化跟沒有連接分布式光伏時(shí)相比不能超過2%，低壓并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求不得超過3%。

1.2.2 無功調(diào)節(jié)

規(guī)定了并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)應(yīng)在某個(gè)范圍內(nèi)可調(diào)（根據(jù)并網(wǎng)容量分為-0.9～+0.9或-0.95～+0.95）；對(duì)于特別小的分布式光伏，要求其功率因數(shù)固定即可。例如德國《低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)3.68 kV·A≤S≤13.8 kV·A的分布式光伏要求如圖2斜線扇形區(qū)域所示的有功無功運(yùn)行范圍，對(duì)應(yīng)的功率因數(shù)從-0.95～+0.95；當(dāng)有功功率在20%額定功率之下時(shí)，對(duì)功率因數(shù)沒有要求[27]。

圖2 德國《低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中3.68 kV·A≤S≤13.8 kV·A時(shí)的功率因數(shù)范圍（-0.95～+0.95）Fig.2 The power factor range（-0.95～+0.95）for 3.68 kV·A≤S≤13.8 kV·A in German“technical standards for low-voltage distribution network grid connection”

這意味著當(dāng)分布式光伏發(fā)出較高的有功功率造成并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高時(shí)，分布式光伏可以吸收部分無功功率來降低電壓；反之分布式光伏可以發(fā)出部分無功功率以支撐電壓。這樣就在一定程度上緩解了波動(dòng)性電源就地并網(wǎng)時(shí)帶來的電壓波動(dòng)問題，在不集中安裝無功補(bǔ)償設(shè)備的情況下，分布式光伏可以利用其無功能力進(jìn)行電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)，提高電壓合格率[28-30]。

1.2.3 系統(tǒng)安全與保護(hù)

規(guī)定了分布式光伏的保護(hù)裝置應(yīng)具備高、低壓保護(hù)和過、欠頻保護(hù)等，相關(guān)設(shè)置如表1所示。

表1 分布式光伏涉網(wǎng)保護(hù)設(shè)置Tab.1 Distributed photovoltaic grid protection settings

2 英國倫敦“8·9”大停電事故中的分布式光伏

2.1 事故前電網(wǎng)相關(guān)情況

停電事故發(fā)生前，英國同步電網(wǎng)具有29 GW負(fù)荷、32 GW接入輸電網(wǎng)的發(fā)電容量和10.5 GW接入配電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電容量，具有約210 GV·A·s動(dòng)能[12]。發(fā)電組成如圖3所示。

圖3 英國“8·9”事故前接入輸電網(wǎng)的發(fā)電組合情況Fig.3 The combination of power generation connected to the transmission grid before the“8·9”accident in the UK

此外該事故前英國電網(wǎng)相關(guān)保護(hù)措施如下[11]：

防孤島保護(hù)。英國的分布式光伏防孤島保護(hù)有兩種形式，包括約有8 500 MW的頻率變化率（rate of change of frequency，RoCoF）保護(hù)和約有2 000 MW的相位偏移（vector shift）保護(hù)。對(duì)于5 MW及以上光伏電站RoCoF保護(hù)觸發(fā)閾值已由過去的0.125 Hz/s改為1 Hz/s；5 MW以下的分布式光伏電站保護(hù)觸發(fā)閾值仍為0.125 Hz/s。

低頻減載（low frequency demand disconnection，LFDD）。英國國家電網(wǎng)公司部署的系統(tǒng)LFDD措施，是按照電網(wǎng)規(guī)程（Grid Code.A.5.5.1）[31]要求的閾值分輪次進(jìn)行的。英格蘭及威爾士區(qū)域在頻率下降至48.8 Hz時(shí)自動(dòng)減載5%的負(fù)荷，蘇格蘭區(qū)域在頻率下降至48.6 Hz時(shí)才會(huì)自動(dòng)減載5%的負(fù)荷。

頻率響應(yīng)措施。根據(jù)英國系統(tǒng)安全與供電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（securityandqualityofsupplystandard，SQSS）[32]對(duì)電網(wǎng)頻率的要求：1）系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率需控制在49.5～50.5 Hz之間；2）暫態(tài)期間頻率高于50.5 Hz或低于49.5 Hz的時(shí)間不超過60 s，同時(shí)系統(tǒng)需具備抵御1 000 MW發(fā)電損失和560 MW負(fù)荷損失的能力。

2.2 事故過程中的分布式光伏損失

事故過程中的事件順序和事故頻率曲線如圖4所示，其中分布式光伏的損失可分為以下三個(gè)部分：

圖4 英國“8·9”事故頻率變化曲線及相關(guān)事件Fig.4The frequency curve of the“8·9”accident in the UK and related events

1）短路期間的損失。短路故障期間分布式光伏的相位移動(dòng)防孤島保護(hù)動(dòng)作造成了150 MW的分布式光伏發(fā)電損失。

2）第1波頻率下降中的損失。故障清除后，霍恩（Hornsean）風(fēng)電廠和小巴福（Little Barford）燃?xì)怆姀S分別出現(xiàn)發(fā)電損失，加上短路期間的分布式光伏損失累計(jì)量已超過SQSS規(guī)定的最大可抵御功率損失量（1 000 MW），頻率發(fā)生大幅度下降（實(shí)測(cè)值約為0.16 Hz/s），引起容量5 MW以下的部分分布式光伏頻率變化率防孤島保護(hù)動(dòng)作，造成350 MW的分布式光伏發(fā)電損失。同時(shí)，一次頻率響應(yīng)開始啟動(dòng)，頻率止跌于49.1 Hz，開始回升。

3）第2波頻率下降中的損失。頻率回升過程中，小巴福燃?xì)怆姀S的第2次發(fā)電損失，使得累計(jì)發(fā)電損失（1 691 MW）超過頻率響應(yīng)工作極限，頻率再次大幅下降。當(dāng)頻率下降至49 Hz時(shí)，因部分負(fù)荷低頻減載的提前觸發(fā)，在切除該部分負(fù)荷的同時(shí)切除了其中的分布式光伏，造成了200 MW的凈分布式光伏發(fā)電損失，加劇了頻率下降。頻率下降至48.8 Hz時(shí)觸發(fā)低頻減載保護(hù)自動(dòng)切除5%的負(fù)荷，造成本次大停電事故。

2.3 事故中分布式光伏對(duì)事故進(jìn)程的影響分析和后續(xù)措施

英國“8·9”事故短路過程和頻率下降過程中的分布式光伏出力損失對(duì)頻率下降起推波助瀾的作用。事故全程中，分布式光伏先后因電壓相位移動(dòng)防孤島保護(hù)、頻率變化率防孤島保護(hù)和所在負(fù)荷區(qū)低頻減載保護(hù)提前觸發(fā)造成分布式光伏發(fā)電損失共計(jì)700 MW，占低頻減載保護(hù)觸發(fā)前各種電源累計(jì)出力總損失（1 891 MW）的37%。表2給出了隨事故進(jìn)程各事件累計(jì)的發(fā)電功率損失和不計(jì)頻率一次調(diào)節(jié)時(shí)的頻率下降率，后者由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程推演計(jì)算所得，計(jì)算公式如下式所示[13]：

式中：ΔP為系統(tǒng)功率缺額，MW；fN為系統(tǒng)額定頻率，50 Hz；Wk為系統(tǒng)動(dòng)能，210 GV·A·s。

假設(shè)5 MW以下的分布式光伏在事故發(fā)生前已將頻率變化率防孤島保護(hù)的整定值從0.125 Hz/s更改為1 Hz/s，且較老式的相位偏移保護(hù)也更改為頻率變化率保護(hù)，那么可以避免第1波頻率下降階段中的分布式光伏脫網(wǎng)（500 MW），此時(shí)累計(jì)發(fā)電損失將為981 MW。即使隨后累加小巴福燃?xì)怆姀S的第2次發(fā)電損失（210 MW），累計(jì)發(fā)電損失也僅為1 191 MW，遠(yuǎn)小于第1波頻率下降過程中止跌于49.1 Hz時(shí)的累計(jì)發(fā)電損失（1 481 MW），即該數(shù)值未達(dá)到1次頻率響應(yīng)的工作極限，可能將不會(huì)造成第2波的頻率下降[13]（小巴福燃?xì)怆姀S的第3次發(fā)電損失187 MW是源于英國電網(wǎng)運(yùn)營商的主動(dòng)要求，并非不可控的被動(dòng)損失），從而不會(huì)引起低頻減載保護(hù)的觸發(fā)而造成大量用戶停電。

事故后，英國電網(wǎng)運(yùn)營商綜合各事故相關(guān)方的詳細(xì)報(bào)告公布了關(guān)于事故的最終報(bào)告（Technical Report on the events of 9 August 2019）[12]，指出整個(gè)事故過程中的所有繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置都正常動(dòng)作，事故處理符合規(guī)范，但仍需平衡考慮安全風(fēng)險(xiǎn)與成本，重新審查國家電力傳輸系統(tǒng)安全與供電質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（SQSS）以確定是否在電力系統(tǒng)中提供更高的彈性標(biāo)準(zhǔn)，并加快5 MW以下的分布式光伏防孤島保護(hù)設(shè)定值的變更（由過去的0.125 Hz/s，更改為1 Hz/s）。

由此次大停電事故可見，分布式光伏防孤島如果采用頻率變化率保護(hù)，則其啟動(dòng)值應(yīng)大于電網(wǎng)安全標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的可抵御的最大發(fā)電損失可能引起的頻率下降率，避免因分布式光伏在電網(wǎng)頻率下降的暫態(tài)過程中切出而加劇電網(wǎng)的有功不足、惡化頻率下降速率和事故進(jìn)程。

表2 事故中電源非主動(dòng)損失序列Tab.2 Power non-active loss sequence in accident

3 我國可再生能源政策和分布式光伏高比例接入對(duì)電網(wǎng)的影響及相關(guān)建議

3.1 我國能源政策

我國于2005年2月28日發(fā)布了《中華人民共和國可再生能源法》，并于2006年1月1日起開始正式實(shí)施，之后根據(jù)我國可再生能源發(fā)展情況展開了一系列的修訂[33-36]以及發(fā)布了配套的《可再生能源發(fā)電全額保障性收購管理辦法》[37]。

《中華人民共和國可再生能源法》為可再生能源在能源領(lǐng)域的開發(fā)提供了優(yōu)先級(jí)。此外，全額收購可再生能源的上網(wǎng)電量、成立可再生能源發(fā)展專項(xiàng)資金和對(duì)部分可再生能源項(xiàng)目給予稅收優(yōu)惠，都為我國可再生能源發(fā)展的初期提供了強(qiáng)有力的支撐。

2009年修訂發(fā)布的《中華人民共和國可再生能源法（修訂案）》[33]確定了可再生能源在電網(wǎng)調(diào)度中的優(yōu)先級(jí)，并制定了可再生能源應(yīng)達(dá)到的發(fā)電量占總發(fā)電量的比重。同時(shí)，為了保證電網(wǎng)安全，規(guī)定了全額收購的可再生能源應(yīng)符合相應(yīng)的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

2016年發(fā)布的《可再生能源發(fā)電全額保障性收購管理辦法》[37]更是細(xì)化了全額保障性收購可再生能源的各項(xiàng)規(guī)定。在規(guī)定了保障性收購可再生能源發(fā)電量范圍的同時(shí)，也提出以將超額電量通過市場(chǎng)交易并給予相應(yīng)可再生能源電價(jià)補(bǔ)貼的方式，鼓勵(lì)可再生能源多發(fā)滿發(fā)。此外，為促進(jìn)分布式光伏等能源的發(fā)展，對(duì)其所發(fā)電量仍采取全額收購政策。

得力于我國法案對(duì)可再生能源發(fā)展的大力支持，截止到2019年底，我國的風(fēng)電總裝機(jī)容量和光伏總裝機(jī)容量分別達(dá)到210 GW和204 GW，均位居全球第一。此外，2020年修訂發(fā)布的《中華人民共和國可再生能源法（征求意見稿）》[34]制定了可再生能源發(fā)展的中長期目標(biāo)，并提出將全額保障性收購可再生能源的方式逐漸更改為各級(jí)市場(chǎng)主體需完成最低比重的可再生能源發(fā)電量消納指標(biāo)，未完成消納指標(biāo)的市場(chǎng)主體可通過市場(chǎng)交易履行其義務(wù)，為我國未來可再生能源的消納與發(fā)展提供了更多選擇和保障。

3.2 分布式光伏高比例接入的影響

隨著我國能源政策的不斷推進(jìn)，分布式光伏進(jìn)入大規(guī)模發(fā)展時(shí)期，但其高比例的接入也為我國電網(wǎng)帶來了以下方面的問題：

1）分布式光伏高比例接入地區(qū)的配電網(wǎng)電壓分布不合理。隨著部分地區(qū)分布式光伏并網(wǎng)容量的快速增長，大量負(fù)荷就地平衡，大大減少了電網(wǎng)對(duì)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)的功率輸送，甚至還在某些時(shí)段出現(xiàn)分布式光伏功率倒送主網(wǎng)。雖然我國公布的《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》（GB/T 33593—2017）[38]規(guī)定了分布式電源的功率因數(shù)范圍以及在其無功輸出范圍內(nèi)應(yīng)具備根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平調(diào)節(jié)無功輸出、參與電壓調(diào)節(jié)的能力，但并未在并網(wǎng)電壓偏差方面對(duì)分布式電源有區(qū)別于普通負(fù)載的特殊規(guī)定，僅要求滿足正常供電電壓標(biāo)準(zhǔn)，即接入20 kV及以下電壓等級(jí)的分布式電源電壓偏差不超過標(biāo)稱電壓的±7%。目前，分布式光伏電站采用“就地控制”方式（定功率因數(shù)、定電壓和定無功），還不能感知周邊電網(wǎng)的狀態(tài)，不能像輸電網(wǎng)那樣根據(jù)負(fù)荷和分布式光伏出力的波動(dòng)進(jìn)行主動(dòng)有效的無功電壓控制，分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓出現(xiàn)抬升，地處配電線路末端且采用恒功率因數(shù)運(yùn)行的光伏電站和分布式光伏并網(wǎng)集中的地區(qū)，其并網(wǎng)點(diǎn)電壓提升尤為明顯。而德國《中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[25，27]對(duì)分布式電源有區(qū)別于普通負(fù)載的特別規(guī)定，即分布式電源接入后電壓幅值變化不能超過接入前的2%～3%。并且，德國在《可再生能源法》[16-20]中就規(guī)定了分布式電源要具備參與無功電壓調(diào)節(jié)的能力，甚至量化規(guī)定了在分布式光伏倒送嚴(yán)重、系統(tǒng)出現(xiàn)過載時(shí)，電網(wǎng)可以遠(yuǎn)程控制削減分布式光伏發(fā)電量。隨后，在具體的《中、低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中，德國按照分布式電源容量不同細(xì)化了不同的無功可調(diào)節(jié)區(qū)域，這使德國配網(wǎng)運(yùn)行商可以在法律框架中遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)分布式光伏電站的有功和無功，大大緩解了高比例接入分布式光伏集中倒送帶來的電壓調(diào)節(jié)壓力。

2）部分分布式光伏低頻保護(hù)不能適應(yīng)電網(wǎng)有功頻率緊急控制的要求。根據(jù)《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》（GB/T 33593—2017）規(guī)定[38]，通過380 V電壓等級(jí)以及通過10（6）kV電壓等級(jí)接入用戶側(cè)的分布式電源，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率超過運(yùn)行范圍（49.5～50.2 Hz）時(shí)，應(yīng)在0.2 s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電。該標(biāo)準(zhǔn)中分布式電源的低頻保護(hù)觸發(fā)值（49.5 Hz）與我國某些區(qū)域電網(wǎng)（如華東電網(wǎng)）低頻減載保護(hù)觸發(fā)值（49 Hz）不匹配，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)遇大功率缺額擾動(dòng)時(shí)，通過380 V電壓等級(jí)以及通過10（6）kV電壓等級(jí)接入用戶側(cè)的分布式光伏在低頻減載啟動(dòng)前脫網(wǎng)，加劇電網(wǎng)的有功不平衡，類似于英國倫敦“8·9”大停電事故那樣使系統(tǒng)頻率恢復(fù)條件惡化，甚至于意外啟動(dòng)電網(wǎng)的低頻減載，造成停電事故，大面積影響社會(huì)生活。

3）分布式光伏防孤島保護(hù)的潛在問題。我國《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》[38]中僅規(guī)定分布式電源應(yīng)具備快速監(jiān)測(cè)孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，未具體指明防孤島保護(hù)的類型。據(jù)調(diào)研，我國主流逆變器生產(chǎn)廠家均采用主動(dòng)式的防孤島保護(hù)。與歐洲采用的相位偏移、頻率變化率等被動(dòng)式防孤島保護(hù)不同，主動(dòng)式防孤島保護(hù)在失去主網(wǎng)電源的孤島狀態(tài)下，即使其內(nèi)部能量能夠平衡也能檢出孤島狀態(tài)，從而解除與主網(wǎng)的聯(lián)系，提高了防孤島保護(hù)的可靠性。但各種主動(dòng)式的防孤島保護(hù)是否會(huì)像英國倫敦“8·9”大停電事故中的相移式防孤島保護(hù)那樣在電網(wǎng)短路故障期間，頻率變化率防孤島保護(hù)在故障切除后的暫態(tài)過程中不當(dāng)啟動(dòng)，還需研究關(guān)注。在沒有確切結(jié)論之前需考慮分布式光伏意外脫網(wǎng)校核同步電力系統(tǒng)慣性和增加電網(wǎng)事故旋轉(zhuǎn)備用比例。

4）用戶側(cè)分布式（自發(fā)自用余電上網(wǎng)）光伏業(yè)主利益與電網(wǎng)運(yùn)行存在矛盾。這主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面，用戶側(cè)分布式光伏的大力推進(jìn)，推動(dòng)了分布式光伏產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展，但很多這類分布式光伏業(yè)主的收入與預(yù)期有較大差別。因?yàn)榉植际焦夥尤霑?huì)減少電網(wǎng)對(duì)用戶計(jì)量關(guān)口的有功饋入，如果用戶沒有因此調(diào)整無功功率補(bǔ)償方案，其計(jì)量關(guān)口的功率因數(shù)將降低。根據(jù)我國《功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)辦法》[39]，該用戶可能會(huì)因?yàn)橛?jì)量關(guān)口的功率因數(shù)不達(dá)標(biāo)而被收取額外的懲罰性電費(fèi)，致使用戶“省電不省錢”。如果用戶按計(jì)量關(guān)口功率因數(shù)來配置無功補(bǔ)償裝置并進(jìn)行無功控制，當(dāng)這個(gè)用戶有余電上網(wǎng)且余電相對(duì)較大時(shí)，又會(huì)導(dǎo)致分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)的電壓抬升，甚至出現(xiàn)越限的現(xiàn)象。從配網(wǎng)運(yùn)行的角度出發(fā)，無功流向與有功流向相反有利于取得比較合理的饋線電壓分布。因此當(dāng)用戶有余電上網(wǎng)時(shí)，希望用戶能夠吸收一定量的無功以抑制饋線電壓升高，但這卻有可能會(huì)導(dǎo)致其計(jì)量關(guān)口的功率因數(shù)偏低，如果仍然用此時(shí)的關(guān)口無功來計(jì)算月度功率因數(shù)，就將影響到該用戶需繳納的懲罰性電費(fèi)[40]。另一方面，光伏扶貧中發(fā)現(xiàn)，光伏接入率高的村鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)由于其三相光伏容量接入的不平衡，使得光伏出力較高時(shí)的網(wǎng)損通常高于光伏出力較小時(shí)的網(wǎng)損，這增加了電網(wǎng)配電損耗，增加了電網(wǎng)運(yùn)營成本。三相功率不平衡和較低的功率因數(shù)都可能導(dǎo)致網(wǎng)損增加。

3.3 應(yīng)對(duì)分布式光伏高比例接入的相關(guān)建議

1）對(duì)高比例光伏配網(wǎng)中的調(diào)壓?jiǎn)栴}進(jìn)行比較系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究，借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，尋找技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上都可行的配網(wǎng)調(diào)壓解決方案。目前的智能電表已經(jīng)可以讀取接入點(diǎn)電壓、電流及其與之相關(guān)的所有電氣量，如有功、無功及其方向等，妥善收集、存儲(chǔ)、使用這些數(shù)據(jù)，就可以為系統(tǒng)解決調(diào)壓?jiǎn)栴}提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）隨著儲(chǔ)能和微網(wǎng)成本降低，在光伏中配套儲(chǔ)能或?qū)⒐夥扇胛㈦娋W(wǎng)。通過儲(chǔ)能或微電網(wǎng)技術(shù)可以靈活調(diào)節(jié)光伏業(yè)主關(guān)口功率，減少饋線上的功率波動(dòng)，甚至給電網(wǎng)提供調(diào)頻服務(wù)和緊急功率支援等電網(wǎng)運(yùn)行必需的輔助服務(wù)，從而有利于在光伏高比例接入下維持電網(wǎng)穩(wěn)定性，提高整個(gè)電網(wǎng)的光伏滲透率。

3）對(duì)自發(fā)自用的分布式光伏業(yè)主，在有余電上網(wǎng)時(shí)的無功功率不計(jì)入功率因數(shù)考核。

4）完善分布式電源入網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：電壓方面，建立區(qū)別于一般供電電壓標(biāo)準(zhǔn)的分布式光伏并網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)；涉網(wǎng)保護(hù)方面，分布式光伏低頻脫網(wǎng)整定值應(yīng)與我國電網(wǎng)低頻減載保護(hù)定值相配合。

5）加強(qiáng)分布式電源接入管理，特別是分布式電源防孤島保護(hù)的設(shè)置和實(shí)際性能管理。對(duì)用戶側(cè)的分布式光伏的涉網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。主動(dòng)式防孤島保護(hù)是否會(huì)像設(shè)置不合理的被動(dòng)式防孤島保護(hù)那樣在系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)誤判孤島狀態(tài)（不是孤島而判為孤島），需進(jìn)一步調(diào)研。同時(shí)也需加強(qiáng)對(duì)入網(wǎng)分布式電源的防孤島保護(hù)測(cè)試，既要能判斷出孤島，又要避免在系統(tǒng)故障及其恢復(fù)期間的暫態(tài)過程中誤判。如果存在誤判可能，電網(wǎng)運(yùn)行校核考慮最大擾動(dòng)時(shí)就需將可能的誤判量一并考慮在內(nèi)。

6）注意村鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)單相接入的分布式光伏的三相均衡接入，以降低臺(tái)區(qū)運(yùn)行網(wǎng)損。

4 結(jié)論

1）德國分布式光伏快速穩(wěn)定發(fā)展得益于根據(jù)不同發(fā)展階段的需要不斷修訂的諸多具體且極具可操作性的能源法案的引領(lǐng)和支撐，還有與之相適應(yīng)的分布式光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)在智能測(cè)量系統(tǒng)裝設(shè)、分布式光伏參與無功電壓調(diào)節(jié)、緊急控制和分布式光伏防孤島保護(hù)等方面提供的保障。

2）英國“8·9”事故中所有繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置都正常動(dòng)作，但由于部分分布式光伏防孤島保護(hù)不當(dāng)啟動(dòng)而脫網(wǎng)，對(duì)整個(gè)事故的發(fā)展起到了推波助瀾的作用。如果該部分分布式光伏未脫網(wǎng)，可能不會(huì)發(fā)生該次大停電事故。

3）我國公布的一系列能源政策為可再生能源在電網(wǎng)調(diào)度中的優(yōu)先級(jí)、電價(jià)補(bǔ)貼、全額保障性收購和市場(chǎng)最低消納指標(biāo)等方面提供有力支撐，且隨著相關(guān)政策的修訂，其可操作性逐漸改善。

4）在我國能源政策的大力支持下，分布式光伏的發(fā)展進(jìn)入了新時(shí)期，但其局部地區(qū)高比例接入的特點(diǎn)對(duì)我國電網(wǎng)在各方面都產(chǎn)生了一定的影響。如：配網(wǎng)電壓分布不合理及無功電壓控制困難；分布式光伏低頻保護(hù)與電網(wǎng)有功頻率緊急控制不配合；防孤島保護(hù)實(shí)際性能不確定；用戶側(cè)分布式光伏業(yè)主利益與電網(wǎng)運(yùn)行有待協(xié)調(diào)等。

5）為降低分布式光伏對(duì)我國部分電網(wǎng)的影響及增加其接入水平，建議全面系統(tǒng)研究配電網(wǎng)中的調(diào)壓?jiǎn)栴}，借鑒國外經(jīng)驗(yàn)尋找可行的配網(wǎng)調(diào)壓解決方案；利用儲(chǔ)能和微電網(wǎng)的技術(shù)提高光伏滲透率；完善分布式電源并網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)整分布式光伏業(yè)主在有余電上網(wǎng)情況下的功率因數(shù)考核條件；加強(qiáng)分布式電源接入管理，特別是分布式電源防孤島保護(hù)的設(shè)置和實(shí)際性能管理；注意村鎮(zhèn)臺(tái)區(qū)分布式光伏單相接入時(shí)的三相平衡度。