分布式光伏發電系統對配電網電能質量的影響研究

張慶春

摘要：隨著分布式光伏電源在配電網滲透率上升，分布式光伏對配電網穩定性和電能質量的影響日益增加。分布式光伏的接入改變了傳統配電網潮流單向輻射狀供電模式，在高光伏滲透率的配電網尤其是較弱的放射形鏈式低壓配電網中，若系統輕載則容易發生潮流逆流，導致配電網過電壓；云層遮擋等引起的光伏出力劇烈波動可能引起電壓驟降、閃變甚至系統穩定問題。面對上述分布式光伏接入引起的電能質量問題，傳統調壓方式如有載調壓變壓器、電力電容器組等由于響應速度問題將失效。本文主要分析探討了分布式光伏發電系統對配電網電能質量的影響情況，以供參閱。

關鍵詞：分布式光伏發電系統；配電網；電能質量；影響

伴隨著國家能源政策的推進，由分布式電源、負荷、儲能系統以及控制裝置組成的主動配電網（Active Distribution Network ，ADN）技術獲得了發展。分布式電源的接入使傳統配電網的輻射式供電結構發生改變，在工程實踐中發現，容量較大的光伏發電系統接入配電網后往往引起配電網發生電壓波動與閃變、諧波污染、電壓越限等電能質量問題，給配電網電力用戶帶來經濟損失，而且危害光伏并網系統的運行穩定性及附近無功補償設備的安全性。

1分布式光伏電源對配電網電能質量的影響

1.1正面影響

（1）分布式光伏電源接入配電網可以實現能量的就地平衡，避免了遠距離輸電的投資和損耗。當配電網中關聯負載較大時，分布式光伏電源能夠迅速提供功率支持，提高了配電網帶負荷的能力和系統穩定性。（2）通過合理配置儲能裝置和利用光伏并網逆變器的無功輸出能力，可以使分布式光伏電源參與配電網電壓、頻率和穩定性調節。（3）利用光伏并網發電系統與統一電能質量調節器結構與控制上的諸多相似，將二者復合，可以降低配電網的設備投資，實現光伏并網發電、電能質量的綜合治理、電力中斷補償。

1.2負面影響

分布式光伏電源的接入改變了傳統配電網潮流單向輻射狀供電模式。由于分布式光伏的輸出功率具有隨機性、波動性和不可調度特性，容易引起電壓波動與閃變、諧波污染、電壓越限等電能質量問題，給配電網電力用戶帶來經濟損失，同時危害光伏系統的安全穩定運行。（1）高光伏滲透率的配電網尤其是較弱的放射形鏈式低壓配電網中，云層遮擋等引起的光伏出力劇烈波動，可能引起電壓驟降、閃變；通過對IEEE13節點系統研究證實了光伏滲透率高于40%后，多云天氣等引起的電壓波動將影響系統的穩定性。（2）高光伏滲透率的配電網中，光伏電源出力超過了配電網消納能力后導致潮流逆流引起電壓升高甚至過電壓等問題限制了配電網的光伏滲透率。例如，當光伏電源出力較高而配電網輕載情況下容易發生潮流逆流導致過電壓等問題。（3）分布式光伏發電系統中含有大量的電力電子開關器件，會對配電網產生諧波污染。尤其是當弱配電網中光伏電源滲透率較高時，還可能發生諧波的疊加甚至特定次數的諧波諧振，危害配電網的安全運行。（4）當電網故障或檢修時，各分布式光伏發電系統可能與周圍的負載形成一個孤島供電系統。非正常孤島可能給電力維修人員的安全造成風險，同時用戶的供電電能質量也得不到保證。

2改善配電網電壓質量的相關措施

2.1配電網側的措施

1）在分布式光伏電源規劃建設階段，根據全年環境數據和負荷數據計算分布式電源最佳接入位置、最大允許接入容量四等因素。但該方案難點在于接入位置的選擇受很多客觀因素限制，并且容量規劃很難兼顧分布式電源出力、負荷變化的隨機性及二者不協調的情況，單純依靠規劃有時不能完全避免過電壓問題。2）針對過電壓問題，最直接的解決方案是增大導線的半徑、減小線路阻抗，同時這也是最不經濟的方案。3）通過改變有載調壓變壓器的分接頭調節分布式光伏電源接入引起的電壓波動，但此方案不能有效處理配電網末端電壓越限的情況，同時頻繁調節有載調壓變壓器的分接頭可能會縮短變壓器的使用壽命，而且目前大部分低壓配電網沒有配置有載調壓變壓器。4）并網點電抗器補償方案，但是存在投切瞬間暫態沖擊較大、響應速度慢、可能引起系統諧振等問題。5）安裝D-STATCOM調控配電網電壓，增加配電網中光伏滲透率，但這種方法一方面投資較大，另一方面對于有功功率過剩的配電網，電壓控制效果會受到一定的影響。

2.2光伏系統側的措施

在不改變配電網網架結構的前提下，有效管理含分布式光伏電源的配電網電壓是保證配電網電能質量、推廣分布式光伏發電技術的重要手段。根據并網點電壓變化機理分析可知，利用光伏系統中的并網逆變器進行并網點電壓控制成為可能的解決方案。目前在并網逆變器無功控制方面，德國研究人員提出了光伏并網逆變器恒無功功率控制、恒功率因數控制、基于光伏電源有功功率輸出的cosФ（P）控制、基于并網點電壓的Q（μ）的控制等多種標準化方案。這些方案各自有其優缺點：1）恒無功功率控制和恒功率因數控制。這兩個方案控制簡單，但靈活性較差，無論配電網是否發生過電壓都會有一定的無功功率輸出，增大了配電網的網損。2）基于光伏電源有功功率輸出的cos州P）控制。光伏并網逆變器無功輸出僅響應于有功出力，而未考慮配電網電壓。當光伏有功出力較大，但配電網重載時，可能并網點并未發生過電壓，但逆變器卻有較大的無功輸出，增大了配電網的網損。3）基于并網點電壓的Q（μ）的控制。光伏并網逆變器無功輸出僅響應于自身并網點電壓，當配電網中有多個光伏電源接入時，某節點電壓越限，可能其余節點電壓并未越限，因此配電網總體調壓能力不足。分布式光伏并網對電網造成不利影響的根本原因在于其出力的不可控性，因此解決配電網電壓問題的另一個思路是控制光伏電源的有功出力。

3結束語

總而言之，含分布式光伏電源的配電網電壓控制問題己經成為限制分布式光伏電源容量和滲透率的主要因素之一。探索電網友好型的分布式光伏發電系統結構和運行控制方法，盡量減小分布式光伏對配電網電能質量的負面影響，對推動分布式光伏發電系統在配電網的推廣應用具有重要意義。

參考文獻：

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（作者單位：國網天津市電力公司武清供電分公司）