分布式光伏電站與低壓配電網同規劃的重要性分析

摘 要：從分布式光伏電站出發，分析其關鍵特征及對低壓配電網的影響，確定分布式光伏電站與低壓配電網同規劃的注意事項。從電壓質量、潮流計算、并網諧波、繼電保護、孤島檢測出發，全面提升分布式光伏電站與低壓配電網同規劃的效果，保證分布式光伏電站安全、高效并網。

關鍵詞：分布式光伏電站;低壓配電網;影響;規劃方案

0? ? 引言

分布式光伏電站在一定程度上緩解了傳統煤炭發電的壓力，能夠有效解決我國不可再生能源緊張的問題，已經開始成為我國配電網建設的重中之重。分布式光伏電站接入低壓配電網時需通過調整配電網結構、并網接入模式等，最大限度降低電站對低壓配電網運行的沖擊，達到低壓配電網輸配電過程中安全效益和經濟效益的全面優化。

1? ? 分布式光伏電站發展趨勢及概述

為進一步解決環境污染問題，緩解資源緊張現狀，2008年以來我國加大了對新能源發電的重視力度，形成了水力發電、風力發電、光伏發電等多種形式攜手共進的局面。據統計，我國2020年光伏發電裝機容量已經超過40 000 MW，占總裝機容量的2.83%，如表1所示;在縣、鄉、鎮、農村地區光伏發電也得到了快速發展，截至2020年，我縣光伏發電裝機容量已超過70 MW，占總裝機容量的36.75%，如表2所示。

分布式光伏電站是在光伏發電技術基礎上形成的新型發電系統，可與配電網協調發電，滿足區域用戶用電需求。此類電站往往分布于用戶附近，規模較小，可利用分散資源實現小規模發電。分布式光伏電站主要包括太陽能電池組件、蓄電池、控制器、逆變器等，如圖1所示，其輸出功率較小，往往適用于接入低壓配電網。

2? ? 分布式光伏電站與低壓配電網同規劃的重要性

分布式光伏電站接入低壓配電網后，原電網潮流將發生明顯改變，電壓分布、線損能耗等均會發生明顯轉變。尤其是在逆變整流過程中，光伏發電中電流信號、逆變諧波等均會影響低壓配電網的安全性、可靠性和穩定性，如：

（1）對電能質量的影響。受光照因素的影響，分布式光伏電站運行過程中通過逆變器后的電壓容易產生波動，尤其是在光照強度變化較為顯著的區域，發電過程中的有功功率和無功功率差異較大。而低壓配電網電壓一般較為穩定，一旦分布式光伏電站接入，就很容易出現由接入電壓波動、負荷不匹配等造成的電壓失衡，如圖2所示。

（2）對線路損耗的影響。分布式光伏電站接入過程中，如果不能就地平衡消納，而需要通過低壓配電網主干母線傳輸至變壓器高壓側，就較容易影響原臺區低壓配電網母線電壓分布情況，致使配電網線路電流發生改變，尤其是在接入點區域，流通電流明顯加大，線路有功損耗和無功損耗也會呈增加趨勢，難免造成一定的電能損失。

（3）對線路檢修的影響。分布式光伏電站并網接入后，當配電網發生故障或檢修時，分布式光伏電站發電可能與附近的負載形成一個孤島供電系統，如果這個孤島不正常的話，會給運維人員的安全造成風險，不利于保障配電網的可靠性。

因此，必須做好分布式光伏電站和低壓配電網同規劃工作，從分布式光伏電站特性和接入后的各項問題出發，統籌規劃、優化協調，才能夠從根本上保證低壓配電網的安全效益和經濟效益。

3? ? 分布式光伏電站與低壓配電網同規劃的關鍵要素

3.1? ? 規劃方案

分布式光伏電站與低壓配電網協同運行過程中必須按照電網結構、電能質量、接入保護等做好統籌設計和規劃，確保光伏發電接入低壓配電網能夠有效消納，其規劃方案如圖3所示。

（1）根據低壓配電網結構下電網實際運行情況進行分析，確保分布式光伏電站接入后并網運行的安全性、穩定性和可靠性。尤其是網架強壯程度和負荷耐受性能等，確保其能夠滿足分布式光伏電站接入后的負載需求。

（2）按照接入規模和電網架構形成主體規劃后，應繼續深化分布式光伏電站接入后的電壓規劃和潮流規劃，針對有功功率、無功功率波動趨勢優化電網并網方式，做到有效消納，最大限度降低分布式光伏電站接入后的線路損耗。

（3）應按照分布式光伏電站接入后可能產生的繼電問題、諧波問題、孤島問題等開展有效保護，通過調整環路結構、增加繼電保護裝置、強化帶電檢測等全面提升分布式光伏電站并網運行后的安全性和穩定性，實現低壓配電網安全效益和經濟效益的最大化。

3.2? ? 關鍵問題

3.2.1? ? 優化電網結構

分布式光伏電站與低壓配電網同規劃過程中應根據光伏接入容量、低壓配電網負荷之間的關系，合理選取接入位置的比例關系。接入容量若僅為低壓配電網總負荷的3/5，則應盡量選取距離主干線末端區域作為接入點;若達到低壓配電網總負荷的3/5及以上，則應選取距離主干線1/3到2/3的位置作為接入點;若達到低壓配電網總負荷的1.3～1.5倍，則應盡量選取靠近主干線始端區域作為接入點。上述接入過程中應保證末端電壓偏差、電壓波動、諧波總畸變率在指標范圍內，同時應充分考慮結合分布式光伏接入后整體負荷情況更換更大容量的配電變壓器，配套增大主干線導線線徑。

此外，還要對并網接入方式進行優化，針對實際情況合理選擇并網接線方式，即：

（1）T接低壓主干母線并網模式。該方式主要在分布式光伏電站出線側將電纜或架空線與低壓配電網的主干母線直接連接，此時分布式光伏電站可直接完成系統供電，如圖4左側所示。這種并網方式適用于較大容量接入，成本較高。

（2）T接低壓負荷支線并網模式。該方式主要是在低壓配電網的負荷支線T接，通過低壓配電網的主干母線，從而將分布式光伏電站順利接入低壓配電網系統，如圖4右側所示。接入點應以電壓改善效果、網絡損耗最小、潮流反向次數最少為約束條件，可選在靠近配電網末端區域。

3.2.2? ? 提升電能質量

為進一步提升分布式光伏電站與低壓配電網同規劃效果，在并網接入過程中應選用分布式光伏電源與靜止型無功補償裝置（SVC）來實現電能負荷調節。SVC能夠有效消除分布式光伏電站接入后的無功功率，若無功功率波動，該裝置可通過負反饋調節實現無功功率補償，從而降低分布式光伏電站接入后各節點的電壓偏差，從根本上提升低壓配電網并網運行中的電能質量。

除此之外，在規劃設計的過程中還需要做好潮流計算，利用半步變量潮流推算法確定分布式光伏電站接入后系統的潮流波動情況，并對可能出現的潮流變向引起的各項問題進行針對性防護和處理，減少由潮流引起的低壓配電網故障。

3.2.3? ? 做好系統保護

（1）諧波抑制。我國對分布式光伏電站諧波情況非常重視，在安全接入過程中應按照《電能質量公用電網諧波》的相關指標嚴格控制諧波問題，避免造成裝置誤動或電能質量污染。如可利用有源電力濾波器來消除諧波，通過濾波器補償有效解決電壓波動問題;可在逆變器逆變過程中增加虛擬阻抗回路，利用該回路有效抑制諧波，減少其對各裝置和線路的影響，提升分布式光伏電站接入低壓配電網的可靠性。

（2）繼電保護。應根據實際情況合理選擇繼電保護裝置，一般可在接入點后方增設繼電保護，這樣既可以有效消除接入點電流驟增引起的波動，也可以實現裝置的整定保護。現階段分布式光伏電站接入低壓配電網中的繼電保護設置較為全面，在此不再贅述。

（3）孤島檢測。文獻資料顯示，分布式光伏電站與低壓配電網并網運行過程中若電網失壓，防孤島保護必須在2 s內將光伏系統與電網斷開，主動孤島檢測方法與被動孤島檢測方法至少采用一種。確定孤島狀態存在后，可直接通過智能控制快速切除。

4? ? 結語

近年來，我國大力倡導環境保護型、資源節約型電力系統建設，實現了配電網中水力發電、風力發電、光伏發電等的大規模接入。在分布式光伏電站與低壓配電網同規劃過程中，必須做好電能計量、線損分析、潮流計算、繼電保護等，在實際并網運行基礎上優化電網結構、系統保護等，最大限度消除由光伏發電中電壓波動、潮流諧波等產生的負面影響，使低壓配電網安全、穩定運行。

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收稿日期：2021-04-01

作者簡介：黃文亮（1984—），男，廣東興寧人，電力工程技術工程師，技師，從事計量管理、參與配網前期規劃審核、線損管理等工作。