分布式光伏發電對配電網電壓的影響及電壓越限的解決方案

劉鵬飛

摘要：現階段，中國電力行業處于高速發展階段，促進了中國經濟發展，電力系統中的科技含量越來越高，尤其是光伏發電技術，充分引入了太陽能，減少了電力運行中的污染。作為一種新型的發電技術，光伏發電雖然屬于綠色能源，但是比較容易受到周邊環境影響。基于太陽能的發電主要包含兩種途徑，即在中高電壓路徑下接入輸電網和以低電壓線路為依托。在這兩種途徑下會出現電壓越限問題，對配電網電壓產生影響。因此，研究分布式光伏發電對配電網電壓的影響及針對電壓越限的解決方案具有重要意義。

關鍵詞：光伏發電;影響因素;電壓波動;解決方案

引言

并網型光伏發電系統與電力系統相連接，將光伏系統所發電能向電網輸送，經輸電、配電網絡分配給用戶。與獨立型光伏發電系統相比，并網發電系統的優勢在于：（1）光伏系統所發電能直接并入電網，節省了儲能設備;（2）并網發電能有效改善電網供電質量、提高供電能力（3）并網光伏系統始終運行在最大功率點處，提高了發電的效率;（4）并網光伏系統不僅能夠向電網注入有功功率，也可注入無功功率、諧波，能有效抑制電網諧波且補償一定無功功率。

1光伏發電對配網電壓影響的理論分析：

光伏發電的等效電路，當光伏電源注入系統功率改變時，會使線路上的電流產生的變化。光伏電源對配電系統的電壓影響與3個因素有關：注入功率的變化、所并入系統的短路容量及分布式電源的功率因數。

光伏電池出功率輸出是不確定的，與天氣有很大關系，太陽能光伏發電的實際輸出功率隨光照強度的變化而變化，白天光照強度最強時，輸出功率最大，夜間幾乎無光照以后，輸出功率基本為零。并且是非線性的，這種幾乎完全依賴天氣條件的發電方式，使得光伏發電注入功率具有不確定性，這是造成配電系統電壓波動的主要原因。

通過10（6）kV電壓等級接入公共電網的光伏發電站，其并網點電壓偏差為相應系統標稱電壓的±7%。通過35kV～110kV電壓等級接入公共電網的光伏發電站，其并網點電壓偏差為相應系統標稱電壓的-3%～+7%;事故后恢復電壓為系統標稱電壓的±10%。通過220kV電壓等級接入公共電網的光伏發電站，其并網點電壓偏差為相應系統標稱電壓的0%～+10%;事故后恢復電壓為系統標稱電壓的-5%～+10%。通過330kV及以上電壓等級接入公共電網的光伏發電站，正常運行方式下，其并網點最高運行電壓不得超過系統標稱電壓的+110%;為了更好的解決光伏并網后配電網電壓不穩定問題，我們將在下文詳細闡述解決方案。

2分布式光伏接入配電網電壓波動解決方案

目前解決電網電壓偏差的主要方法有：接入點電抗器補償、定功率控制、利用儲能系統。下面將進行詳細一一分析。

2.1接入點電抗器補償

分布式光伏電源并網運行時，采用無功補償與分布式光伏電源并網發電的復合式調節的控制技術，能夠有效改善配電網電壓分布。當分布式光伏電源正常發電并網運行時，可以根據配電網的電壓調節要求，通過分布式光伏電源與SVC（靜止無功補償裝置）補償裝置的復合式調節來調壓。SVC可以動態調節無功功率。

2.2定功率控制

現在太陽能的研究熱點是最大功率點追蹤（MPPT）控制，但對于電壓穩定控制，并不需要光伏電池提供其最大輸出功率，而是希望光伏電池提供穩定的輸出功率。光伏電池的功率取決于光伏陣列數量、光照、以及溫度，所以無法從控制外部條件來實現整個光伏發電系統的功率控制，但是可以通過加裝控制裝置實現定功率控制。下面對控制方法進行詳細闡述：我們可以采用變步長的直接功率反饋控制，這種控制方法是將實時的功率數據與所設置的輸出功率數值想比較，用此差值改變BUCK電路的占空比，以達到定功率控制的目的。

直流電源由PV電池板提供，然后通過BUCK降壓電路把電壓施加在輸出負載上，并實時采集負載兩端的電壓和電流，計算出實時功率，再經過控制電路的控制算法改變BUCK電路的PWM占空比，從而將輸出功率控制在預設的數值上，最終實現調節電壓的目的。

2.3安裝儲能裝置

利用儲能系統，光伏陣列保持最大功率輸出狀態，儲能裝置通過充放電維持系統功率的平衡，并且保持直流母線電壓的穩定通過安裝儲能裝置吸收光伏發電多余電能，并在夜晚或陰雨天氣發出電能，解決光伏發電引起的電壓越限問題。

最大功率點跟蹤（MPPT）裝置是保障光伏能源充分利用的必要控制環節，光伏電池陣列具有強烈的非線性特性，它的輸出直接受光照、溫度、負載等因素的影響，最大功率點跟蹤控制可以保證光伏電池陣列在任何條件下始終可以輸出相應的最大功率，儲能系統是光伏并網發電系統的調節、控制環節，它在光照良好發電充足時將部分電能儲存起來，再根據需要在適當時候釋放這部分電能，起到穩定光伏電源輸出和調節供用電平衡的作用。

定功率控制和安裝儲能裝置方式需要大量投資，經濟效益差，作為企業來說經濟效益是放在首位的，因此不予以考慮，所以考慮經濟效益較好的接入電抗器進行補償。一般選擇經濟效益好的靜止無功補償器SVC。SVC安裝在線路合適的地點分為兩種情況：一種情況是SVC安裝在分布式光伏電源并網點;另一種情況是SVC安裝在其他需要通過無功補償進行電壓調節的節點（如線路末端等）。對于線路上已經安裝了相應的無功補償裝置，考慮在并網點處安裝。

結束語

總之，為了針對電壓越限問題提出科學、合理的解決措施，將分布式光伏發電對配電網電壓的影響及電壓越限的解決方案作為主要研究內容，在對體系架構、配電網電壓凸顯影響進行分析的基礎上，從阻止電壓越限、構建儲能發電體系等解決途徑方面展開系統的探究。研究結果表明，現階段中國配電網電壓會受到不同時段電壓、節點配網架構等的影響。在未來，還需進一步加強對解決電壓越限等問題措施的研究，以此促進中國光伏發電技術的發展。

參考文獻

[1]許曉艷，黃越輝，劉純，王勝偉.家分布式光伏發電對配電網電壓的影響及電壓越限的解決方案[J].電網技術，2020，34（10）.

[2]胡芳.探討分布式光伏發電的應用及影響[J].城市建設理論研究，2019（23）.