張建功，馬陽陽

（國網(wǎng)河北省電力有限公司 滄州供電分公司，河北 滄州 061001）

0 引 言

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和環(huán)保要求的不斷提高，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目受到了更多的關(guān)注。為更好地發(fā)揮其實(shí)際作用，滿足并網(wǎng)發(fā)電要求，結(jié)合低壓電網(wǎng)運(yùn)行情況，針對光伏并網(wǎng)帶來的問題進(jìn)行探討，以便更好地維持電力系統(tǒng)的控制水平。

1 分布式光伏發(fā)電概述

1.1 內(nèi) 涵

分布式光伏指用戶在其所在區(qū)域或者附近建筑安裝的光伏發(fā)電設(shè)施，產(chǎn)生的電能由用戶自發(fā)自用，發(fā)電系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為其基本特征。相較于大電網(wǎng)運(yùn)行體系，分布式光伏發(fā)電站距離電力用戶更近，實(shí)現(xiàn)了電能的就近消納。依據(jù)并網(wǎng)特性和運(yùn)行方式的差異性，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括離網(wǎng)型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、多能互補(bǔ)微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)等[1]。

1.2 接入方式

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)處理工作中，為避免低壓電網(wǎng)電壓超標(biāo)以及大電流對分布式電源產(chǎn)生影響，要依據(jù)實(shí)際情況選取適配的變壓器，并結(jié)合變壓器的電壓等級和裝機(jī)容量落實(shí)規(guī)范化接入方案，它們之間的關(guān)系如表1 所示。

與此同時，完成接入方案后，在并網(wǎng)處理工作中實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電能的常態(tài)化輸出。若高壓和低壓2 級均具備接入條件，則優(yōu)先選取低壓等級接入，從而減少并網(wǎng)造成的影響[2]。

2 分布式光伏發(fā)電對低壓電網(wǎng)產(chǎn)生的影響

2.1 影響電能質(zhì)量

結(jié)合分布式光伏發(fā)電情況和低壓電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)評估，系統(tǒng)與低壓電網(wǎng)并網(wǎng)后，逆變器采取高頻調(diào)制的方式完成發(fā)電工作，這就增加了諧波的產(chǎn)生概率。在大電網(wǎng)以及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并行作業(yè)的情況下，盡管輸出電能在電壓參數(shù)方面維持一致，但是因?yàn)橹C波增大造成電能質(zhì)量不佳。與此同時，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要能量源是太陽，在出現(xiàn)陰天、多云或者是降雨、降雪等天氣時，太陽能供給不足，使得分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率也會隨之大打折扣，增加了系統(tǒng)供能過程的不穩(wěn)定性，必然會對并網(wǎng)狀態(tài)下的低壓電網(wǎng)電能輸出效果造成影響，甚至?xí)霈F(xiàn)強(qiáng)烈電壓波動甚至閃變問題。

另外，低壓電網(wǎng)中并入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)增加了運(yùn)行結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，使得電能的集中分配和傳輸過程均受到影響。低壓電網(wǎng)的電壓分布受分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入位置以及容量等情況的影響，出現(xiàn)異常的潮流變化，增加了電網(wǎng)運(yùn)行管理的壓力，也會直接制約電能質(zhì)量效果。例如，容量增加使得輸入功率增大，接入饋線節(jié)點(diǎn)的電壓數(shù)值也會隨之升高。此時，潮流倒送等問題也會出現(xiàn)，使得接入點(diǎn)的低壓電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)電壓值異常[3]。

2.2 形成孤島效應(yīng)

在低壓電網(wǎng)運(yùn)行過程中，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入會引發(fā)孤島效應(yīng)，模型如圖1 所示。

圖1 孤島效應(yīng)模型

光伏發(fā)電系統(tǒng)可看作電流源，大電網(wǎng)可看作電壓源。正常工作時由于大電網(wǎng)的影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)與大電網(wǎng)保持一致。而當(dāng)電網(wǎng)因故障設(shè)備檢修等停止工作時，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)未及時獲取信息，就會以常態(tài)化的模式繼續(xù)向負(fù)荷供電。此時不僅會造成嚴(yán)重的電能浪費(fèi)，還會對電網(wǎng)檢修以及維護(hù)管理工作的安全性造成影響，甚至?xí)霈F(xiàn)工作人員傷亡的問題。若分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)異常，大電網(wǎng)在沒有及時獲取信息的情況下無法停止電能的供給，電能就會直接流入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，往往會造成系統(tǒng)三相負(fù)荷的欠相供電[4]。

2.3 影響繼電保護(hù)

目前，我國低壓電網(wǎng)運(yùn)行體系一般采取單電源或者放射性配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，而在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并入后，會對低壓電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而對繼電保護(hù)的靈敏度以及選擇性造成不同程度的影響。

第一，影響三段式過流保護(hù)動作。光伏發(fā)電電源在低壓電網(wǎng)發(fā)生故障后，由于分布位置、容量參數(shù)以及串聯(lián)電抗值等情況的作用，會產(chǎn)生對應(yīng)的故障電流，而傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置并未計(jì)及光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響。因而保護(hù)動作的靈敏度不足，甚至?xí)霈F(xiàn)保護(hù)誤動或者拒動等問題。

第二，影響高壓熔斷器的運(yùn)行過程。低壓電網(wǎng)并入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后，會形成多端電源供電系統(tǒng)接入模式，此時熔斷器的保護(hù)作用無法實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，只能完成電網(wǎng)系統(tǒng)斷開后故障支路的處理，降低了原有設(shè)備故障處理的選擇性優(yōu)勢，也會對整體繼電保護(hù)效能產(chǎn)生制約作用[5]。

第三，影響距離保護(hù)。因?yàn)轲伨€本身具有特定的保護(hù)范圍，在分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)后，就會對饋線的保護(hù)范圍形成不同程度的影響，此時對應(yīng)的保護(hù)范圍出現(xiàn)異常，導(dǎo)致保護(hù)段的實(shí)際保護(hù)效能受限。

2.4 增加低壓電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)損耗

將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并入低壓電網(wǎng)也會對網(wǎng)絡(luò)損耗產(chǎn)生影響，接入低壓電網(wǎng)時，越接近末端，對應(yīng)的損耗越大。當(dāng)并網(wǎng)容量達(dá)到一定負(fù)荷時，會向配電網(wǎng)倒送功率，此時系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗也會隨之增加。

3 低壓電網(wǎng)應(yīng)對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)問題的措施

在全面分析分布式光伏發(fā)電特殊性后，要結(jié)合低壓電網(wǎng)運(yùn)行管理要求和分布式光伏發(fā)電特點(diǎn)，落實(shí)更加可控的處理方案，確保并網(wǎng)后整體系統(tǒng)運(yùn)行管理的基本水平，降低安全隱患概率，維持綜合控制工作的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1 提高電能質(zhì)量

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，必然會對電能質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響，但是基于統(tǒng)籌控制管理的要求，可以采取相應(yīng)的措施盡量降低影響的范圍和幅度，更好地維持整體電網(wǎng)參數(shù)控制的水平，實(shí)現(xiàn)可控化管理[6]。

首先，要從項(xiàng)目規(guī)劃階段落實(shí)項(xiàng)目分析工作，全面評估分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，落實(shí)更加規(guī)范且可控的電能質(zhì)量治理控制方案，確保分布式系統(tǒng)配置處理工作合理且有效，同時要在并網(wǎng)前進(jìn)行相應(yīng)的測試工作，保證光伏系統(tǒng)功能測試結(jié)果符合電能質(zhì)量應(yīng)用控制標(biāo)準(zhǔn)。以10 MW 裝機(jī)容量作為基準(zhǔn)，諧波控制有效性參數(shù)要維持在60%以上，此時供電穩(wěn)定性較好。

其次，要結(jié)合具體的應(yīng)用要求選取適配設(shè)備。目前，大容量蓄電池的研究不斷增多，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換并不是將電能直接輸送到低壓電網(wǎng)中，而是以蓄電池作為媒介，將電能輸送到蓄電池中進(jìn)行存儲和控制，確保電能存儲的及時性和規(guī)范性，以便在系統(tǒng)故障或者不良天氣條件下依舊能處于良好的運(yùn)行管理狀態(tài)，維持分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)控制管理的穩(wěn)定性。在蓄電池設(shè)置方面，容量要在16 ～32 h 發(fā)電總量以上，以便更好地維持臨時性輸電以及穩(wěn)定性輸電的基本水平[7]。

最后，為更好地避免諧波畸變等問題對低壓電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生影響，可借助相應(yīng)的技術(shù)處理機(jī)制落實(shí)控制方案。一方面，借助逆變器并聯(lián)運(yùn)行方式，提高直流側(cè)容量的同時，保證逆變器能在高效率工作區(qū)內(nèi)優(yōu)化發(fā)電功率，更好地減少諧波含量。另一方面，借助有源濾波技術(shù)方案，建立有功功率和無功功率綜合控制的模式，抵消產(chǎn)生的諧波分量，更好地維護(hù)整個低壓電網(wǎng)運(yùn)行管理的基本水平。

3.2 處理孤島效應(yīng)

為更好地避免孤島效應(yīng)造成的不良影響，要從技術(shù)性檢測入手，確保相應(yīng)的處理工序和應(yīng)用技術(shù)流程合理有效，最大限度維護(hù)技術(shù)管理的效果。因?yàn)楣聧u效應(yīng)很難進(jìn)行規(guī)律的總結(jié)，所以要建立分布式監(jiān)控約束機(jī)制，更好地維護(hù)總體作業(yè)的運(yùn)行效率。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和低壓電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備，以便能及時匯總電網(wǎng)實(shí)時性動態(tài)數(shù)據(jù)。當(dāng)電網(wǎng)工作出現(xiàn)異?；蚬收蠒r，及時停止供電，并且將相關(guān)信息數(shù)據(jù)回傳到管理端，從而切斷分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電。與此同時，將剩余電量存儲在大容量蓄電池中，當(dāng)蓄電池處于飽和狀態(tài)，則停止發(fā)電。設(shè)備能及時了解分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的變化，及時發(fā)送報(bào)警信息，最大限度上保證系統(tǒng)不會受到孤島效應(yīng)的影響[8]。除此之外，針對三相負(fù)荷不平衡，可設(shè)置相應(yīng)的自動調(diào)節(jié)裝置，建立有效的控制模式，如圖2 所示。

圖2 三相負(fù)荷不平衡自動調(diào)節(jié)裝置

3.3 整合繼電保護(hù)

若分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)容量較大，則要對極端情況下保護(hù)的靈敏性予以校驗(yàn)分析，并適當(dāng)在電流保護(hù)裝置上安裝方向繼電器。與此同時，適當(dāng)延長重合閘運(yùn)行時限，有效減少非同期合閘產(chǎn)生的問題，維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行管理的科學(xué)性。

3.4 避免網(wǎng)損

要對并網(wǎng)位置進(jìn)行合理性規(guī)劃，確保并網(wǎng)容量分布的科學(xué)性和規(guī)范性，并著重控制低壓電網(wǎng)線路的功率方向，最大限度上減少線損對整體并網(wǎng)運(yùn)行管理工作的影響，實(shí)現(xiàn)合理性并網(wǎng)。另外，將小容量分布式光伏發(fā)電裝置設(shè)置在線路末端。

4 結(jié) 論

要著重控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)低壓電網(wǎng)過程，針對網(wǎng)損、孤島效應(yīng)、電能質(zhì)量、線路保護(hù)等予以綜合控制，打造更加科學(xué)的運(yùn)行體系，為電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。