國網(wǎng)遼陽供電公司 程一昊

1 分布式光伏發(fā)電技術(shù)背景及工作原理

1.1 分布式光伏發(fā)電技術(shù)背景

分布式光伏發(fā)電技術(shù)因其靈活利用太陽能進行發(fā)電、對環(huán)境無污染等優(yōu)點而被越來越多的應(yīng)用。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展及人們對物質(zhì)生活要求的不斷提高，光伏發(fā)電站數(shù)量迅速攀升，且在整個配電網(wǎng)的電力供應(yīng)中出現(xiàn)高滲透率的特點，解決高滲透率下分布式光伏的配電網(wǎng)問題、提升配電網(wǎng)整體運行質(zhì)量是當(dāng)前電力行業(yè)面臨的關(guān)鍵問題之一。

目前，根據(jù)分布式光伏發(fā)電的使用情況通常將其分為3種。第1種是光伏電站產(chǎn)出的電能供給客戶直接利用，不需要并入外界配電網(wǎng)中；第2種是光伏電站產(chǎn)出的電能在滿足客戶使用后還有部分余量，為避免浪費，將該余量并入外界配電網(wǎng)中進行綜合利用；第3種是光伏電站產(chǎn)出的電能直接并入外界配電網(wǎng)進行售賣，根據(jù)用戶需求進行分配使用[1]。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，第2種的投入成本低，性價比較高，使用比較廣泛，但也強烈影響到配電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運行。

1.2 分布式光伏發(fā)電工作原理

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、匯流箱、逆變器、直流配電箱、發(fā)電檢測系統(tǒng)等組成，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。光伏電池采用串聯(lián)或并聯(lián)方式，以一定的角度在光伏支架上進行設(shè)計安裝，組成光伏陣列，盡可能地吸收太陽量，并將太陽量轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)匯流箱后進入逆變器，在逆變器中逆變?yōu)榻涣麟姾?，輸送到主電網(wǎng)中。發(fā)電檢測系統(tǒng)可以對系統(tǒng)的實際發(fā)電、用電情況進行跟蹤記錄、顯示儲存等，實現(xiàn)輸入主電網(wǎng)電力量的統(tǒng)計。

圖1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要原理結(jié)構(gòu)

2 高滲透率分布式光伏條件下電網(wǎng)現(xiàn)有的問題

2.1 光伏發(fā)電對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成的問題

高滲透分布式光伏電站產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)后，會使整個電網(wǎng)的負荷預(yù)測難度加大，具有較多的未知性和不確定性。當(dāng)光伏系統(tǒng)電源的電壓、頻率瞬時過高、過低時，均會造成配電網(wǎng)故障，甚至中斷整個電力系統(tǒng)的運行，拖延各項生產(chǎn)工作進度，擾亂人們正常生活秩序，造成極壞的社會影響[3]。常見的處理方法是先用數(shù)據(jù)萬用表對電網(wǎng)的電壓、頻率進行實測，如果不在正常范圍內(nèi)，則靜候使供電網(wǎng)恢復(fù)正常即可。如果供電電網(wǎng)的網(wǎng)壓、頻率在正常值之內(nèi)，可能是電路板的本體發(fā)生故障，可以通過將交直流端子切斷，對逆變器斷電重啟，進行設(shè)備故障恢復(fù)。

高滲透分布式光伏電站發(fā)電功率主要取決于光照輻射強度，非常容易受到當(dāng)日天氣狀況的影響，特別在陰天或下雨時會發(fā)生較大變化。與火力發(fā)電廠相比，其發(fā)電功率波動性較強，且具有很大的不確定性，毫無規(guī)律，嚴重妨礙對電網(wǎng)進行經(jīng)濟節(jié)能性的研究。

2.2 諧波污染問題

高滲透分布式光伏電站輸出的電能通過逆變器并網(wǎng)后，勢必會對配電網(wǎng)中原來的重合閘參數(shù)、繼電保護值等相關(guān)量的設(shè)置造成一定程度影響，導(dǎo)致配電網(wǎng)設(shè)備靈敏度下降、保護失靈、誤動作等異常情況發(fā)生。此外，光伏電站采用的交流逆變器在工作時，其內(nèi)部的電子組成元件反復(fù)吸合，不可避免地產(chǎn)生諧波分量，進而對配電網(wǎng)帶來諧波污染，導(dǎo)致電力設(shè)備損耗和老化加劇，降低設(shè)備生命周期。因此，電力公司進行相關(guān)規(guī)定：光伏發(fā)電站在接入電網(wǎng)前，需加裝能夠限制逆變器產(chǎn)生諧波分量的裝置。

2.3 光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)接入點位置與設(shè)計容量問題

光伏發(fā)電站的位置選址及規(guī)模容量至關(guān)重要，直接影響到整個電網(wǎng)的發(fā)電質(zhì)量，科學(xué)設(shè)計光伏電站發(fā)電容量、合理選擇光伏電站的配電網(wǎng)的接入點，才能降低電網(wǎng)不穩(wěn)定因素，提高配電網(wǎng)運行質(zhì)量，改善用戶用電體驗。但是受現(xiàn)實地理環(huán)境情況影響，很多光伏配電網(wǎng)前期規(guī)劃不完整，造成其并網(wǎng)接入點與設(shè)計發(fā)電容量存在一定瑕疵，且區(qū)域內(nèi)的不同的光伏電站工作時還互相牽制，這種現(xiàn)象往往會導(dǎo)致負荷節(jié)點電壓高于正常值而損壞電力設(shè)備，還會造成配電網(wǎng)的電壓值上下波動，影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行。西北地區(qū)某光伏電站并入配電網(wǎng)后，線路24h電力數(shù)據(jù)監(jiān)測情況如圖2所示。

圖2 西北地區(qū)某光伏電站24h電壓監(jiān)測數(shù)據(jù)

由圖2監(jiān)測參數(shù)可知，光伏電站在當(dāng)天光照輻射最大時，光伏發(fā)電功率也達到最大值，因此造成了嚴重的過電壓現(xiàn)象，但太陽落山后，倘若未能及時合理調(diào)節(jié)配電網(wǎng)中潮流布置，將導(dǎo)致系統(tǒng)低電壓情況發(fā)生。

2.4 配電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃問題

配電網(wǎng)初期規(guī)劃通常結(jié)構(gòu)會采取輻射狀結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)潮流流向有固定通道，已形成了固定的規(guī)模，但是高滲透的分布式光伏發(fā)電站發(fā)電主要依靠光照，不可避免會造成電網(wǎng)電量的隨機與波動性，用戶用電也具有較大的未知性，沒有規(guī)律。區(qū)域內(nèi)的不同的光伏電站工作時還互相牽制，會造成現(xiàn)有配電網(wǎng)中潮流流向的不確定性，所以在有高滲透分布式光伏電站接入的配電網(wǎng)規(guī)劃時，需額外考慮電網(wǎng)潮流方向和高滲透率的影響。倘若對分布式光伏電站的接入點位置和發(fā)電容量規(guī)劃不完善，將無法保證配電網(wǎng)安全可靠運行，也不利于降低能量耗損，嚴重影響配網(wǎng)工作質(zhì)量。

2.5 設(shè)備配置、作業(yè)人員水平對電網(wǎng)運行的影響

據(jù)相關(guān)資料表明，很多光伏電站為節(jié)省成本，采購的發(fā)電設(shè)備配置較低，且人員的維檢修水平有限，在日常工作時存在電氣設(shè)備操作不正確、故障發(fā)生后故障長時間未能得到有效解決等諸多情況，還會時常發(fā)生電器短路、跳閘甚至爆炸等惡劣電氣故障，這些都對配電網(wǎng)造成極大的沖擊，嚴重干擾了配電網(wǎng)的正常運轉(zhuǎn)，威脅到工作人員的生命財產(chǎn)安全。另外，光伏電源工作時也會產(chǎn)生諧波電流，且諧波電流的幅值會隨時間變化而相應(yīng)改變，一定程度上危害到配電網(wǎng)的運行質(zhì)量。

3 研究合理的解決應(yīng)對方法

3.1 完善配電網(wǎng)建設(shè)

加快推進主動配電網(wǎng)建設(shè)進度，提前做好配電網(wǎng)的整體規(guī)劃，降低高滲透率下配電網(wǎng)的線路設(shè)備損耗并將其控制在可操控的范圍之內(nèi)。同時，充分考慮光伏發(fā)電受早晚陽光照射發(fā)電不均衡的特點，在配電網(wǎng)設(shè)計規(guī)劃時采用分層分布協(xié)調(diào)控制技術(shù)，合理設(shè)計配網(wǎng)結(jié)構(gòu)，更好引導(dǎo)電網(wǎng)中潮流流向的同時實現(xiàn)高滲透率下分布式光伏出力精準預(yù)測，實時響應(yīng)用戶側(cè)的需求，完善高滲透率下光伏發(fā)電的運行工作流程[4]。此外，基于配電網(wǎng)的全局能量控制技術(shù)，對于高能耗用電客戶用電負荷或光伏發(fā)電出力浮動而造成的配電網(wǎng)中的電力數(shù)據(jù)波動，及時進行調(diào)節(jié)和控制，使之保持在正常值之內(nèi)。

3.2 抑制配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生

抑制配電網(wǎng)諧波電流的辦法通常采用兩種方法，一方面對諧波電流產(chǎn)生源頭（用電負荷側(cè)的電力設(shè)備本身）進行技術(shù)改造，將諧波電流扼殺在萌芽狀態(tài)，同時要求高滲透率下分布式光伏電站增強對入網(wǎng)客戶設(shè)備選型的指導(dǎo)與監(jiān)督，優(yōu)先采購配置好、效率高的設(shè)備，根本上控制諧波電流產(chǎn)生。另一方面是加裝諧波電流補償設(shè)備，例如新型濾波裝置等，該裝置能夠產(chǎn)生與負荷諧波I大小相同但方向相反的補償I，從而起到遏制諧波的作用。

3.3 合理選擇高滲透率下光伏電站接入配電網(wǎng)的位置電壓

光伏電站中電網(wǎng)電壓值如何選擇是系統(tǒng)正常運行的基本要求，為盡可能地降低并網(wǎng)電壓不合理而造成的配電網(wǎng)設(shè)備故障，要合理選擇接入點電壓。通常情況下，在接入點電壓要求方面，光伏電站系統(tǒng)額定電壓范圍是89%～115%。所以，需要通過交直流逆變器來對接入配電網(wǎng)的電壓進行相應(yīng)調(diào)節(jié)及控制。

3.4 科學(xué)設(shè)置電網(wǎng)頻率，預(yù)防電壓閃變

根據(jù)高滲透率下光伏電站在實際生活中的應(yīng)用情況，電網(wǎng)的頻率需要恒定在49.5～50.5Hz，運行過程中，一旦超出該頻率區(qū)間，如果未能立即切換到逆變器運行模式，將會引發(fā)設(shè)備故障，導(dǎo)致系統(tǒng)運行中斷[5]。此外，分布式光伏電站將產(chǎn)出的電直接輸入到配電網(wǎng)后，會出現(xiàn)電壓閃變故障，進而導(dǎo)致電壓的偏離，依據(jù)相關(guān)要求，需要將電壓偏離值限定在5%以下，一定程度上避免此類故障發(fā)生。

3.5 加強配電網(wǎng)用電考核管理

為強化配電網(wǎng)質(zhì)量的提升、充分落實質(zhì)量管理規(guī)范化，應(yīng)從以下方面采取措施：一是優(yōu)化管理制度，通過梳理配電網(wǎng)質(zhì)量的主要工作內(nèi)容，制定出各崗位標準作業(yè)法，應(yīng)涵蓋電網(wǎng)質(zhì)量管理標準、設(shè)備配置標準、電力損耗標準等。二是建立獎懲機制，對于不良用電習(xí)慣和異常用電負荷引起的諧波污染，要根據(jù)相關(guān)規(guī)定對污染企業(yè)或用戶進行考核。三是積極落實質(zhì)量責(zé)任制，明確各級工作人員的質(zhì)量工作職責(zé)，利用上下級管理關(guān)系，形成萬一配電網(wǎng)運行過程中發(fā)生事故，便可逐級匯報，一一落實，并將具體的責(zé)任量化，追究到個人，嚴格保證配電網(wǎng)生產(chǎn)進度，提高整個配電網(wǎng)的供電質(zhì)量。此外，企業(yè)內(nèi)部應(yīng)明確職責(zé)分工，建立督察督辦，構(gòu)建短期加長期的工作機制，并積極對督辦事項進行跟蹤反饋，形成閉環(huán)管理。

3.6 提升一線作業(yè)人員技術(shù)水平

在配電網(wǎng)的運行維護過程中，應(yīng)著重增強作業(yè)人員的安全意識，提高作業(yè)人員技能水平。首先，充分學(xué)習(xí)配電網(wǎng)運維過程中相關(guān)機械電氣設(shè)備的操作規(guī)程，熟練掌握其使用方法，避免操作不當(dāng)而造成的設(shè)備故障，進而影響配電網(wǎng)正常運轉(zhuǎn)。其次，開展專業(yè)的指導(dǎo)和培訓(xùn)，使電力從業(yè)人員熟練掌握配電網(wǎng)中相關(guān)輔助設(shè)備的常見故障處理技術(shù)，并將其所學(xué)知識在實際工作中落到實處。此外，定期組織技術(shù)交流會，討論棘手難題，交流心得體會，分享先進經(jīng)驗，全面提升從業(yè)人員職業(yè)素質(zhì)，減少配電網(wǎng)設(shè)備故障發(fā)生后的處理時間，提高電網(wǎng)生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

本文從分布式光伏發(fā)電的種類及工作原理入手，探討了高滲透率分布式光伏條件下配電網(wǎng)存在的電能質(zhì)量、諧波污染等問題，最后提出了完善配網(wǎng)建設(shè)、抑制配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生、合理選擇配電網(wǎng)接入位置電壓、科學(xué)設(shè)置電網(wǎng)頻率，預(yù)防電壓閃變、全面提升一線人員技術(shù)水平等科學(xué)的解決措施，充分保證了高滲透率分布式光伏條件下配電網(wǎng)安全平穩(wěn)運行，有效提高了配電網(wǎng)的供電質(zhì)量，改善了電力用戶的用電體驗，促進了電力企業(yè)的健康發(fā)展。