光伏發電接入對配電網電壓質量的影響

任志金 陳陶然

江蘇林洋新能源科技有限公司 江蘇 南京 210019

在強調環保的今天，全世界對于能源的基本需求發生了改變，其不僅希望能源資源可以滿足基本的社會運轉需求，同時也強調能源資源的可再生性與環保性。作為可再生能源中的翹楚，光伏發電技術近年來發展迅速。光伏發電作為可再生能源，具有污染少、發電靈活等長處，因此愈來愈多被運用于電網運行。但是其不穩定的特性又很可能會影響到配電網電網質量，所以還是要繼續對其進行深入研究在大面積投入使用。在應用光伏發電的過程中，若忽視了數量和規則，也極有可能對于配電網安全運行帶來很多負面影響。我們能做的就是深入地分析這些或正面或負面的影響，并明確問題根源到底在哪里，從而最終達到保護配網安全的目的。

一、淺析光伏電源的結構以

（1）分布式光伏電池組件

顧名思義，光伏電池組件指的是由若干個光伏電池連接所構成的組件，由于單一光伏電池的能量供給相對較為有限，且受到技術因素限制導致光伏電池的容積相對較小，故通過串聯、并聯等方式構成光伏電池組件后則可以有效規避能源容積所造成的負面影響。

（2）逆變器

跟光伏電池組件不同，逆變器是滿足人們日常生活用電需求的一大關鍵備案，它的主要功能就是把輸入的直流電轉化變成交流電之后再輸出。

（3）控制器

控制器是可以控制光伏發電系統能夠產生能量趨向的，而為合理地控制電池組充放電次數，電流依據并聯光伏組件工作電流的選擇。

（4）蓄電池組

光伏電池在光照下所產生的電能其實是可以儲存起來的，而蓄電池就是這個用途。當下，因為相關技術并不成熟，金屬氰化物鎳電池還僅僅被用于一部分小型的離網光伏發電系統之中。

二、分布式發電的影響

（一）對配電網繼電保護的影響

（1）對于三段式過流保護影響。從光伏發電的運行原理角度來看，由于電源故障所引發配電網故障時，會同步引發故障電流的出現，而故障電流則會導致繼電保護器的正常判斷。它所造成的影響跟它分布的容量、位置以及串聯電抗值等因素有關。這些都會影響線路保護動作靈敏性，還很有可能會造成拒動或者是保護誤動，還很可能造成鄰近線路瞬時速斷保護，從而失去選擇性造成誤動作。

（2）對于高壓熔斷器保護影響。光伏發電接入電網之后，電網的性質與格局發生了根本上變化，這樣的變化使得熔斷器保護不再能夠滿足故障后僅斷開故障的支路，最終沒辦法滿足其選擇性。

（3）對于距離保護影響。方向性是距離保護的一大特點。而距離保護則是一部分重要線路所常用的保護。

（二）對配電網電能質量的影響

近年來，隨著我國科技水平的不斷進步和持續發展，我國對于光伏發電的技術認識不斷提高，且隨著實踐應用時間的增加，我國的光伏發電技術逐漸成型，并可以直接應用于商業化發電。在技術進步的推動之下，我國逐步加強了對于光伏發電的扶持力度，鼓勵其持續擴大規模和產量，這也導致光伏發電在配電網中的占比逐年上升。隨著光伏發電的占比逐漸增加，光伏發電對配電網電能質量的影響研究就成為了必然的趨勢。

（1）正面積極影響。從某種角度來看，光伏發電的廣泛應用從根本上改變了電力能源供給結構，豐富了電力能源的供給體系。實踐證明，當地方光伏發電的占比達到較高水平之后，可以實現區域范圍內的電能供給平衡，不僅可以保證區域供電的充足性，且能夠避免由于長距離輸電所造成的電能損耗問題。此外，光伏發電的服務范圍相對較為優先，這也意味著當配電網關聯負載達到較高水平時，光伏電源的接入可以迅速為配電網提供功率支持，保證整個配電網的系統穩定性。

（2）負面消極影響。光伏電源接入配電網意味著配電網供電模式的改變。由于光伏發電自身具有波動性和隨機性的特點，容易受到自身因素的影響和限制，故在實際供電過程中容易引發電壓閃變與波動、電壓越限以及諧波污染等諸多問題，甚至可能會給廣大電力用戶造成一定的經濟損失。

對于高光伏滲透率配電網而言，其更容易受到自然因素的影響，一旦出現突發天氣變化，則會造成電壓驟降以及閃變等問題，嚴重時可能導致整個配電網絡出現波動，甚至會造成供電的中斷。此外，光伏發電自身具有波動性的特征，當光伏電網與配電網之間的負荷并不協調時，不僅會影響到電源的供給，同時也會增加電網的調壓難度。尤其是在高光伏滲透率配電網當中，一旦調壓不當，則可能會引起潮流逆流所導致的電壓等問題出現。光伏電源的諧波污染也是不容忽視的一大問題，光伏電源的滲透率占比越高，則意味著諧波污染的影響力越大，甚至可能會造成諧波疊加、諧波諧振等諸多問題。

三、對配電網網絡損耗影響

光伏發電并網之后勢必會形成不同程度的配網損耗，具體的損耗程度則要取決于發電容量及并入的位置。它被接入配電網任意位置在一定程度上都會增加線路的損耗，并在越靠近線路末端的地方，其所造成的損耗就越大。需要注意的是，當光伏發電并網容量較大時，可能會引發向配電網倒送功率的現象出現，進而導致損耗大幅度增加。

四、解決措施分析

（一）優化接入系統

通過對我國光伏發電領域的研究發現，目前應用于商業發電的光伏發電接入形成多達13種。考慮到光伏發電行業的未來發展需求及走勢，后續應當進一步對接入方案進行優化，同時構建方案模型庫，以滿足不同規格發電的接入需求。此外，需要進一步提高方案模型庫的動態配置能力，要能夠對光伏發電接入電網的全面因素進行綜合分析，從而滿足不同的需求。且整個模型庫需要保持良好的運行狀態，要具有定制化特征，并便于維護。

此外，還可以依照模糊匹配技術以及接入方案數據庫去開發接入系統。并且，通過設置特定的邊界條件，也可開發出具備接入系統方案的自動優選功能模塊計算機輔助設計的系統，最終實現接入設計的方案自動形成。這些將大大縮減分布式光伏接入系統的設計周期，并且加快分布式光伏并網的有效開展。

（二）模糊匹配以及自動優選策略

隨著光伏發電在我國的發展速度不斷加快，其滲透率呈現出逐年增長的發展趨勢，大量的分布式光伏并網對于配電網的電能質量、自愈系統、電壓波動、繼電保護以及饋線自動化等等方面都會產生不同程度上的影響。

（1）針對于接入方案各項指標，并綜合考慮出分布式光伏用戶以及電網公司在于接入方案建設、檢修以及運行等經濟方面，引入效益加權均衡法等方法，從而選擇出綜合效益最大的接入方案為推薦方案，最終實現綜合最佳方案自動選擇。

（2）基于分布式光伏全參數量化基礎，將配網拓撲、接入容量以及接入電壓等級等參數對于分布光伏接入的方案影響實施排序升級。接著對于各類參數實施相似度遠離模糊匹配，從而構建出模糊函數，并提出切實有效的閾值和規則，最終實現接入方案最優匹配。這樣能夠為多約束條件、多參數條件下的設計方案的自動優選提供一個穩固基礎。

（三）完善技術標準及規范和革新設備

考慮到光伏發電的特殊性，后續應當加強對發電技術參數、控制特性等內容進行深入研究，并對于其并網的無功配置、規模、電能質量以及接入電壓的等級等等做出一定的設計要求。其次，需要進一步迎合光伏并網的發展趨勢，對現有的配電網調壓系統進行技術優化，以滿足并網所造成的電壓波動調整需求，從根本上保證整個配電網絡的安全性。

（四）配電網基礎改造

為滿足光伏并網的基本需求，需要進一步對配電網進行基礎改造，改造時應當依據盈余發電比值大小而決定。

（1）當值小于0，這說明整個光伏發電完全自發自用。在這種情況下，逆向潮流情況根本不會出現。

（2）當值大于0小于1，分布式光伏發電功率分時段則會出現類似系統返送情況，但是在這種情況下，出現逆向潮流則并不會大于它的最大負荷。

（3）當值的大于1小于2，則說明光伏發電的整體功率相對不夠穩定，即具有明顯的時間特征，會在特定時間段大量發電，故這種情況下所出現的逆向潮流絕對值大于正向潮流的絕對值。這些對于已建造完成的配電網來說，若是單輻射供電模式，就通常會發生例如網絡阻塞等問題，那么改造就是必須進行的。若是雙輻射供電模式，則只需要局部改造就可以了。

（4）當值大于2，則說明光伏發電的功率已經超過了配電網設計的標準負荷功率，對于已經在建設中的配電網來說，網絡阻塞情況則會非常嚴重，那么就需要大規模實施改造，不斷擴寬配電網的標準負荷功率范圍，以保證配電網的正常運作。

五、結束語

綜合來看，分布式光伏發電正式并入電網，在很大程度上有利于可再生能源的擴大運用，對我國安全經濟的運行等方面都有著積極意義，理應被大力推廣并使用。與此同時，對于配電網的電能質量、繼電保護以及網絡損耗等幾個方面也帶來了不容忽視的一些影響。因此，在發展光伏發電的過程中，需要充分考慮光伏發電的并網問題，本文簡要分析并闡述了上述問題，最后提出了幾個解決措施以供參考，希望能對工程實踐做出微薄貢獻。