國網(wǎng)蘭州供電公司 趙曉君

發(fā)電主要來源分為傳統(tǒng)的火電、水電和近年來出現(xiàn)核能、風能、光伏發(fā)電等新能源。傳統(tǒng)能源方式如火力發(fā)電雖可帶來一定的電能產(chǎn)出，不過在其處理過程中會帶來很多的污染，且在電能的輸送過程中還會帶來一定程度的浪費。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具備了安裝簡單、能量傳輸損失較低、安全效果明顯的優(yōu)勢，因此能在一定意義上有效解決局部地區(qū)的供電壓力情況，并可很好地解決電力系統(tǒng)電壓升高問題。

1 分布式光伏系統(tǒng)

1.1 分布式光伏系統(tǒng)接入配電網(wǎng)主要方式

在將布置式光伏管理系統(tǒng)接到配電網(wǎng)流程中，還應充分考慮投入流程中對二者所形成的環(huán)境影響。在分布式的光伏系統(tǒng)中，應達到連續(xù)平衡輸出電流、電壓的效果，以防止在輸出過程中電流、電壓的波動過大，破壞二者功能平衡。在利用逆變器處理電量時，應采用先進的技術手段以減少電量損耗，并提高電量轉化率[1]。此外，由于在納入供電系統(tǒng)的整個過程中還會出現(xiàn)事故產(chǎn)生，因此分布式光伏管理系統(tǒng)還應掌握故障監(jiān)測技術，以防止意外事件的出現(xiàn)，并防止在納入供電系統(tǒng)整個過程中出現(xiàn)短路或斷線，甚至產(chǎn)生過低電流。

現(xiàn)階段，在布置式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的計入配電網(wǎng)中一般有兩類形式，依次是分散式連接和集中式連接。分散式接入適合于電流較小或個別客戶連接供電；匯集型接入應用于負載范圍較大，在連接設備過程中先利用逆變器的交流通道使電流完全集中到低壓母線上，然后再通過升壓裝置提高低壓母線電壓，最后再通過回路接通母線，以便于為電源裝置帶來持久的穩(wěn)壓電流。二類接入方法均存在優(yōu)缺點，在實際連接配電網(wǎng)過程中，應當針對實際具體情況選用恰當?shù)倪B接方法。分散式由于對電流的需求較小，可直接接入。匯聚式接入對電流管理能力較大，可維持相對平穩(wěn)的輸出電壓與電流，安全性更高[2]。

1.2 分布式光伏電源的并網(wǎng)運行特點研究與仿真內(nèi)容

光伏發(fā)電網(wǎng)絡一般包括兩大類：一是單獨光伏開發(fā)網(wǎng)絡，二是光伏并網(wǎng)開發(fā)體系。單獨發(fā)電裝置大多用來緩解農(nóng)村地區(qū)缺電問題，而光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置則因能并入現(xiàn)有的供電系統(tǒng)，因此變成對太陽能地區(qū)提供電力的最重要方式。據(jù)統(tǒng)計，目前全球的平均并網(wǎng)光伏發(fā)電裝置比率已達到80%以上。美國在1997年發(fā)布“百萬屋頂計劃”，當年的太陽能發(fā)電量已增至3000MW，而政府亦透過減稅等政策扶持其國內(nèi)的光電工業(yè)發(fā)展，計劃到2020年光伏發(fā)電總容量達到200GW。

并網(wǎng)光伏根據(jù)連接的形式和范圍，又可分為聚集式光伏電站和分布式光伏電站。集中式光伏電站基本上是采用在荒漠區(qū)域充足得較為固定的太陽能資源，直接接入高壓輸電體系并網(wǎng)供應長距離的負載；而布置式光伏電站則基本上是為了就近緩解客戶的電力困難，利用并網(wǎng)技術進行電能費用的補助和外送，由于普通單體電站容量較小，因此通常納入低壓配電網(wǎng)中。

分布式光伏水力發(fā)電并網(wǎng)控制系統(tǒng)的最大特征是所發(fā)電能全部安排在用戶供電負荷上，而過?；蚯啡钡妮敵龉β蕜t由接入設備進行控制，因此分布式光伏水力發(fā)電輸出功率是不能調(diào)節(jié)的。當光伏發(fā)電能力總是超過載荷、或與水力發(fā)電時向載荷供水的能力不相同時，通常應設置為可逆流控制系統(tǒng)，以保持能量均勻，但由于有的反饋能力，對可逆流控制系統(tǒng)功率計算、維護的要求也很高；當光伏發(fā)電量總是小到或超過載荷的耗電量時，通常應設置為非可逆流控制系統(tǒng)，將光伏電源和電網(wǎng)電源并聯(lián)向載荷供水。

1.3 配電網(wǎng)中接納分布式光伏電源的能力設計

通常由于壓力誤差、電流波動性及就地消納限制等條件的，典型變電所中可容納分布式光伏電源的容積主要受公用銜接點處負載水平、負載波動性狀況、負載功率因子、光伏供電效率因數(shù)等的限制；如公用銜接點處負載水平平穩(wěn)，則可容納的光伏供電容積很大：但如公用銜接點負載波動性很大，則公用銜接點處負載波動性和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)功率波動性重疊，將在公用銜接點處形成很大的電流波動性，則變電所中可容納光伏供電容積將大大降低；而針對于較小容量光伏供電或采用10kV饋電并上網(wǎng)的情形，饋線負載功率因數(shù)對光伏供電準入能力的作用較小，公共連接點母線負載較重，光電出力效率因數(shù)越靠近于l（超前或落后）、并網(wǎng)路徑更短，也利于企業(yè)采用專線接受更多的分布式光伏電源。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.1 系統(tǒng)組成

布置式光伏管理系統(tǒng)的組成主要是太陽能光伏組件、逆變器和電源系統(tǒng)，其中包含了太陽能電池組、逆變器、直流電纜系統(tǒng)等。隨著光伏發(fā)電形式的不同，電力供應的組成成分也不同。太陽能電池通常分為集約型和分散型。集中式光伏設備是指在太陽能電池裝置功率較大的情況下，通過將直流電源和直流電源的輸出功率聚集到低電壓母線上，利用交流變壓器升到10kV，再通過特定的路徑連接至變電站10kV母線及開閉所/環(huán)網(wǎng)柜等公用配電裝置。采用集中式換流法接入的電池組數(shù)量多，適用于尺寸與型態(tài)一致的情況：各個面板位置傾斜、位置偏移及光照強度均相等。但因集中式逆變器的總容量很大，因此須確?？刂茀^(qū)有一定空間以滿足設備布置的要求。

2.2 并網(wǎng)方式

分布式光伏水力發(fā)電的并網(wǎng)方法主要包括全部入網(wǎng)、自發(fā)自用和利用余電入網(wǎng)三種方法。自發(fā)利用即俗稱的離網(wǎng)運營，一般并不對配電網(wǎng)路產(chǎn)生影響，因為電能全部都是由使用者自己吸收，而這種運營方法通常要求安裝蓄能池用來儲備臨時用不完的能量。但由于充電費用昂貴，所以其基本費用要比無充電站的價格高出一倍以上，且用戶的電量也會受到能量儲存的影響，價格也會相應降低，這并不是一件好事。

2.3 逆變器

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的作用，是將由光伏發(fā)電元件所形成的直流電轉換為可被并入到電力分配系統(tǒng)中的交流電力。如：對光伏設備的運行狀態(tài)、運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當出現(xiàn)緊急情況時可隨時斷電，記錄運行狀態(tài)并將信號傳送給控制中心。而反相器通常包括直升型和逆變橋型的地線。逆變器不但能控制并變化流量，且能控制整個光伏發(fā)電裝置的工作情況。

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后產(chǎn)生的影響

產(chǎn)生系統(tǒng)潮流。散布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后將形成雙線潮體系，造成功率消耗、電壓降低。所以在并網(wǎng)時要針對散布式光伏發(fā)電系統(tǒng)技術參數(shù)實行潮流設計，以最大程度減少功率消耗，并增加能量轉換率。傳統(tǒng)系統(tǒng)的潮流計算方法在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應用受限，考慮也不充分，使得結算結果偏差很大。故需采用新型潮汐計算方法以改善網(wǎng)絡系統(tǒng)接入方法，從而減少了能量浪費。

系統(tǒng)電壓。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在接到配電網(wǎng)路時產(chǎn)生最大的改變便是負載上升，電流的上升將會造成整個分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)負載出現(xiàn)很大變化，當系統(tǒng)無法接受極大電流變化時出現(xiàn)短接或通斷的發(fā)生，最后造成整個供電系統(tǒng)發(fā)生問題。所以在并網(wǎng)過程中應減少負載變化發(fā)生，減少意外事件發(fā)生。

系統(tǒng)損害。分布式光伏發(fā)電體系在接入城市供電網(wǎng)后將會導致整個體系形成很大變化，在并網(wǎng)后又將對輸配電網(wǎng)絡路形成很大負面影響。一般情況下，由于配電網(wǎng)的全部裝置均處于開放式結構，因此并網(wǎng)后將會使得整個內(nèi)部結構形成巨大損失，從而破壞固有構造形式。

系統(tǒng)電能質(zhì)量。并網(wǎng)時，當供電系統(tǒng)無功率損耗時電流也會出現(xiàn)較小波動，這是正常情況。但并網(wǎng)后，若配電網(wǎng)中接通較大電流時會造成大諧波影響，從而造成電流浮動濃度變大。特別是在集中式連接時，過高的壓力給線路、整個供電系統(tǒng)帶來很大負擔，使得發(fā)電機、變壓器等電氣設備產(chǎn)生很大損壞。而在連續(xù)高壓過程中會引起整個供電系統(tǒng)的各種器件產(chǎn)生很大發(fā)熱，如不及時采取相應方法加以解決，會繼續(xù)增加器件的損失。

4 應對措施

針對電壓波動、越限處理措施。針對光伏供電引起配網(wǎng)接入點的電壓偏移量超標的情形，最普遍的方法是在低壓配電網(wǎng)絡上設置穩(wěn)壓器等調(diào)壓設備。對現(xiàn)場資料進行系統(tǒng)的剖析與理解，并對其運行規(guī)律進行研究，判斷可能出現(xiàn)電壓過點的時間和區(qū)域，再提出適當?shù)恼{(diào)控對策，使負荷節(jié)點的電力偏移量控制在符合國家規(guī)定的范圍內(nèi)。

針對短路電流的處理措施。針對故障電壓的解決方法，通常情況下對輸出的電壓變動進行控制。通過對有關數(shù)據(jù)的調(diào)研發(fā)現(xiàn)：通常情況下，PV開關供電的失效電壓為正常工作狀態(tài)下的2~4倍，時間為1.2ms~5ms。因為逆變器的熱過載效應比較微弱，因此必須控制短路額定電流，在達到限制值后再斷開線路，以保護內(nèi)部元器件。而通過設計適當?shù)目刂撇呗裕湍軌驕p少光伏電源對事故點附近的故障設備輸出電壓的貢獻電壓。

針對直流注入的處理措施。從基本原理上來講，對直流輸入的處理方式主要包括電容隔直法和檢測補償法。電容隔直法的另一個應用領域是能通過屏蔽直流分量的逆變器，半橋逆變電路也是當中一個主要集成電路形式。在這種集成電路中，由于電容的阻尼作用，使輸出的任意DC成分均能被自動地均衡，使直流電壓的輸入不會發(fā)生。除半橋逆變外，其它的集成電路也可用來解決直流分量的輸出，只不過必須先要考量其輸出功率、使用情況、經(jīng)濟效益等指標，然后再選擇使用哪種逆變器。

綜上，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)大面積并網(wǎng)發(fā)電，光伏系統(tǒng)對國家電網(wǎng)的危害也將越來越明顯，因此為了確保區(qū)域供電和光伏技術體系的安全運營，深入研究其對國家電網(wǎng)的危害就變得尤為重要。而分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，產(chǎn)生電壓波動性和電流越限的最關鍵因素就是陽光輻照度的改變。當周圍溫度固定時間，太陽輻射強度愈高輸出功率愈大、對電力系統(tǒng)的傷害愈大，而太陽照射強度愈小、對電力系統(tǒng)的傷害愈小。從整體上看，光伏發(fā)電系統(tǒng)的短路電流所占比例很低。