論分布式光伏接入對配電網系統的影響

段大偉 馬麗艷

（國網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系統的影響

段大偉 馬麗艷

（國網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電技術的廣泛應用，我們有必要對分布式光伏接入對配電網的影響做深入研究。本文通過對新一代發電技術——分布式發電技術的簡介，分別從對電壓的影響、對短路電流的貢獻、非正常孤島、注入電流諧波、注入直流分量、對配電網絡設計、規劃和運營的影響、提供輔助功能等方面進行了闡述。

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中，多為輻射狀。在穩態運行過程中，電壓是沿著饋線潮流方向呈慢慢降低趨勢的。當光伏電源被接入后，會使饋線上的傳輸功率下降，而沿饋線各負荷節點位置的電壓則會出現相應的提高，有時候或者能造成某些負荷節點的電壓偏移或超標，具體該節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容量有著直接的關聯。一般而言，我們可利用在中低壓配電網絡中設置有載調壓變壓器和電壓調節器等調壓設備的方式，來控制負荷節點的電壓，確保其電壓偏移在可控且合規的范圍內。而在調整配電網的電壓時，應將光伏電源的運行方式的設置合理與否作為重要的衡量標準。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勢。

2.對短路電流的貢獻

一般情況下，我們認為當配電網絡側出現短路時，接入配電網絡的光伏電源幾乎對短路電流無任何貢獻，且穩態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系。通常在配電網絡里，短路保護的措施多為過流保護與熔斷保護相結合的方法。而對高滲透率的光伏電源，一旦在饋電線路上出現短路，通常我們認為是由于光伏電源提供了大多數的短路電流，這才導致短路故障難以檢出。根據多國的實驗結果可知，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絡中，也在一定程度上增加了非正常孤島高發的可能，早在1998年IEC曾用“故障樹理論”對非正常孤島發生后可能出現觸電可能的問題進行了詳細分析。而到了2002年，IEA-PVPS-Task-5也同樣應用了“故障樹理論”對光伏電源的非正常孤島現象進行了分析。此間，同樣把光伏電源滲透率大6倍夜間負荷的極端情形列入分析范圍內，研究發現，非正常孤島能造成觸電情況發生的可能性很小，其概率約比10-9次/年還要小。與此同時，還對荷蘭當地的某個典型低電壓住宅區的配電網絡進行了研究，研究發現，在該地區光伏電源出現非正常孤島運行的可能概率約為10-5～10-6次/年，出現可能性小到幾乎可以忽略不計。而如果電網的運行狀況不理想，如高阻抗條件時，光伏電源逆變器則無法準確檢測出電網阻抗變化。據統計，當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準要求。

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中的話，如果措施得當，那么就能將非正常孤島風險降低，使其永遠處于可控的安全合理范圍區間，且不會造成系統出現非正常孤島風險有實質性的增加，這也就是說，即便運行中出現非正常孤島現象，也不引發光伏電源等分布式電源接入的技術壁壘，更不會形成任何妨礙影響。

4.注入電流諧波

電流諧波對配電網絡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、使電壓出現閃變、使旋轉電機和發電機出現發熱情況、導致變壓器出現發熱和磁通飽和狀況、使保護系統出現失誤動作、對通信系統產生電磁干擾、出現系統噪音等。通常而言，導致光伏電源逆變器出現諧波的原因主要包括：一是50Hz參考基波波形不理想導致；二是在高頻開關狀況下引發諧波發生。而降低甚至消除部分諧波時，應從其影響因素上下手，主要包括諧波間的相位差、配電網的線路阻抗和負荷。例如，在光伏電源逆變器出現正弦基波的時候，可通過部分補償的方式來降低配電網的電壓波形出現畸變的可能，同時也會使逆變器輸出的電流諧波量增多，當將光伏電源逆變器接入到弱電網內的時，上述現象就會表現得更為明顯。而如果光伏電源逆變器檢測配電網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良好，但卻不能補償配電網的電壓波形畸變。基于此，在實踐運行過程中，光伏電源注入的諧波電流通常均達到有關標準規定的要求。

5.注入直流分量

直流分量產生的不利影響主要針對配電網中的變壓器、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，具體體現有：使電流式漏電斷路器出現失誤動作，導致變壓器磁通飽和、發熱，并在此過程中出現諧波和噪音等問題。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科學技術水平發展的日新月異，諸多研究已經證實：去除隔離變壓器對提高生產效率、控制生產成本有顯著的成效，因此當前不帶隔離變壓器的光伏電源逆變器的應用也越來越普遍。脈寬調制（Pulsewidthmodulatim，PWM）技術的光伏電源逆變器對控制直流分量輸出效果顯著，而如果遇到配電網電壓的正序不平衡或負序分量情況時，則會給以應用了PWM技術的光伏電源逆變器性能帶來消極影響。

當前，在直流分量對配電網變壓器的影響方面，目前國際上尚無直流分量上線的統一規定。在不同的國家要求標準也不盡相同，其中在英國，有研究者建議，每相的諧波畸變值應控制在≤5%，或每個光伏電源注入到典型的500kVA配電網變壓器的直流分量≤40mA。而在美國，對要求每相電流應≤有名值的0.5%。

6.對配電網絡設計、規劃和運營的影響

當前分布式電源接入到配電網絡中的應用實例越來越多，同時集中式發電在現實應用中的比例也在相應地降低，這在一定程度上改變了電力網絡的結構和控制方法，這一變遷同樣也給電力網絡的設計、規劃、運營和控制等各方面提出了更高的要求，可以說這是一個機遇和挑戰并存的新時代，與時俱進的更新換代勢在必行。可以預見，未來被消費的電能中，將有大部分源于低壓配電網絡，這也就預示著加強對配電網絡結構的調整和優化十分有必要。具體的調整方向總體而言可概括為怎樣使配電網絡的結構與網絡電流的逆向和正向流動相適應。至今，專家學者們提出的前沿概念包括模擬電站和微網，這些新概念是可以應用到分布式光伏電源管理過程中的，使有功出力具有隨機性的光伏電源和有保證出力的電源和儲能裝置等進行集結，使之成為一個整體的模擬電站或微網，并將其進行相應的整合，并入到當前的電力生產和傳輸框架里。

7.提供輔助功能

當前的光伏電源逆變器的功能多樣，具體應用有：把光伏陣列出力饋送到電網；作為有源濾波器來用以改善提高電網電能質量等。當光伏電源和儲能裝置協作后，將發揮新的功能，如對配電網的電壓、頻率和穩定性進行調節，與此同時，還能為重要負荷提供UPS功能。此外，光伏電源還具有通過驅動水泵抽水儲能來為電網提供黑啟動電源等性能。

結語

綜上所述，分布式發電技術是一種新生的發電技術，具有非常好的發展空間。為更好地與分布式發電的發展需求相適應，這就要求配電網的設計、規劃、運營和控制必須要升級換代。在分布式發電技術中，光伏電源的發展速度很快，且分布式光伏電源接入到配電網中的應用范圍越來越廣泛。座椅，我們必須加大對分布式光伏接入對配電網影響的研究，并在科學的研究基礎上，引入新的技術，并制定有關管理方法，確保其能安全穩定地運行。

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［3］孫鐸.探討分布式光伏接入對配電網系統的影響［J］.內蒙古石油化工，2013（14）：75-76.

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