光伏電源對農村配電網電能質量的影響

陳慧穎 潘婷婷 羅志國 馮敏

摘要：作為發展前景廣闊的清潔能源，光伏發電技術日趨成熟，應用場景日趨廣泛，如何應對光伏電源接入對配電網電能質量的影響成為行業熱點課題。本文在概述光伏發電原理的基礎上，對光伏電源對農村配電網電能質量的影響進行探討，并通過分析日常管理路徑、具體優化措施等內容，提供了可行性較高的電能質量優化路徑。

關鍵詞：光伏電源;農村配電網;電能質量;影響

1光伏發電

光伏發電的原理，是利用半導體界面的光生伏特效應將太陽光能轉變為電能，屬于新型發電方法，是利用太陽能的重要方式。光伏發電裝置的主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器等三大部分電子元器件構成，將太陽能電池串聯展開并封裝保護后形成大面積太陽電池組件，再與相關部件（功率控制器等）配合構建起光伏發電裝置。通常光伏發電系統涵蓋了太陽能電池板、主控制器、電容適配器以及交直流變換器、核心逆變器、充電器和蓄電池組等部件，其中太陽能電池板是由多晶硅經過特殊工藝加工的硅片組合而成。光伏發電系統主要應用于居民居住的附近場所，便于家庭應用。

光伏電源接入配電網時，其相位、頻率必須和電網電壓同步，在系統和電網閉合之前還必須使電壓幅值跟蹤電網電壓。光伏電源入網前，頻率、電壓與相位必須符合表1所示的要求才允許并網。

2光伏電源對農村配電網電能質量的影響

2.1對農村配電網的積極影響

2.1.1有利于解決臺區過載和低電壓問題

農村配電線路和配電設備普遍偏老舊，用戶分散不集中，存在臺區布點少、線路供電半徑長、線徑小等問題，有的臺區甚至遠離負荷中心。隨著農村用戶用電需求的提升，特別在節假日和夏季用電高峰時期，部分臺區出現過載，末端用戶出現低電壓，嚴重影響居民生活水平。

穩態運行狀態下，傳統配電網各負荷點的電壓沿線路潮流方向逐漸降低。光伏電源接入后，將改變配電網的潮流分布，甚至出現逆向潮流，使饋線上的傳輸功率減小，導致光伏電源附近各負荷點處的電壓升高，影響各負荷點的電壓偏差。因此，在合適的位置接入光伏電源有利于配電線路上電壓的提升，特別是光伏電源接入末端負荷點時，對末端電壓提升明顯。農村配電網線路末端低電壓問題尤其突出，因此，在低電壓臺區或重載線路末端，可以優先考慮接入光伏電源來提升臺區或配電線路末端用戶的電壓質量。

2.1.2有利于降低線路電能損耗

光伏電源減小配電線路電能損耗，體現在兩個方面：一是光伏電源接入提升了配電線路的電壓，負荷功率一定的情況下，負載電流減小，流過配電線路的電流也會減小，則線路損耗降低;二是光伏電源并網向電網輸送電能，則電網向負載提供的功率會減少，減少的功率由光伏電源“就地上網，就地消納”，則流過配電線路的電流減小，線路損耗隨之降低。

2.1.3有利于削減夏季電網負荷高峰

光伏電源的功率與太陽光照密切相關，光照越強則輸出的最大功率越高。夏季光照最充足，但由于天氣炎熱也是用電負荷最高的季節。夏季光伏電源并網的功率更高，起到削減夏季電網高峰負荷的作用，可以有效緩解電網的供電壓力。

2.2對配電網的消極影響

2.2.1存在電壓越限問題

光伏電源并網會使附近用戶電壓升高，當光伏電源并網功率較大、線路負荷較輕時，可能導致用戶電壓越上限。若考慮光伏并網功率調整好配電變壓器檔位，則在陰雨天或夜間光伏電源無功率輸出時，可能導致臺區配電變壓器過載或用戶電壓越下限。農村配電變壓器基本不具備有載調壓功能，頻繁停電調壓會影響配電變壓器壽命，且會引發用戶投訴。若為補償陰雨天氣或夜間光伏電源出力，要求光伏客戶配置一定容量的儲能設備，增加光伏項目成本，并不現實。

2.2.2存在孤島安全問題

孤島是指電網停電后分布式電源帶本地負載繼續獨立運行的現象，一般分為計劃孤島和非計劃孤島。目前，為保證供電安全，農村分布式光伏電源必須設置防孤島裝置，不允許其孤島運行，即電網失壓時光伏電源必須立即脫網停止運行。但受監測延遲影響，光伏電源可能無法立即感知發生孤島，依然并網運行，一方面使電壓頻率和幅值不受控制，威脅本地負載安全;另一方面光伏電源會使配電線路帶電，給電網檢修帶來安全隱患。

2.2.3其他方面的問題

光伏電源通過逆變器接入電網，可能會給電網帶來電壓波動、閃變及諧波污染等問題。而對光伏電源的電流、電壓、頻率等實時參數進行監測，也給配電網自動化和通信帶來一定挑戰。

3農村配電網優化電能質量的路徑選擇

3.1日常管理路徑

為較好應對光伏電源帶來的電能質量影響，農村配電網電能質量優化應做好以下幾點：（1）供電部門應首先把好入網設備驗收關，確保設備手續齊全、質量合格。在并網環節，重視電能質量的現場檢測，嚴格按規定配置無功補償裝置，為滿足無功就地平衡原則，需確保功率因數補償后可達到90%;（2）基于光伏電源的并網點電網結構、發電容量、并聯系方式制訂相應的運行方式，規范調控人員的停送電操作，確保停送電操作嚴格按照規程規定和運方要求，避免電氣誤操作;（3）嚴格調度日常管理，光伏電源的解列、并網操作得到電網調度許可，在電網檢修或出現事故時，必須嚴格執行電網調度下達的指令;（4）做好設備檢修及運行方式管理工作，相關部門應嚴格執行“兩票三制”，提前進行現場勘察，核對作業地點情況，合理選用安全措施，分布式光伏電源供電設備應視同帶電設備，確保檢修工作和停送電操作安全進行;（5）合理配置線路保護裝置，一般配置光差保護和過電流保護，光伏電源切除時間要與重合閘動作時間相配合;（6）加裝防“孤島”裝置，制訂針對性安全措施，加強反“孤島”運行安全防護。

3.2具體優化措施

為更好實現農村配電網電能質量優化，還可圍繞光伏陣列在局部陰影下的最大功率點跟蹤優化、基于混合有源濾波器的諧波抑制優化、基于并網逆變器復合控制策略的控制優化等方面進行探索，這類優化方式能夠較好提升農村配電網電能質量，降低光伏發電并網帶來的影響。并網逆變器復合控制策略采用雙閉環控制方法，以基于光伏發電系統的無功功率和有功功率控制方法（PQ控制法）為基礎，配合頻率和電壓的主動控制（即V/f控制），即通過對電網電壓頻率和幅值的實時監測，比較額定參考值，基于反向微調的方式對逆變電源的輸出頻率和電壓進行調節，保證其能夠與電網電壓頻率、幅值同步。

4結束語

隨著習近平主席“碳達峰”、“碳中和”雙談目標的提出，光伏發電已成為我國電力事業發展的一個重要方向。通過利用太陽能轉化的電能以滿足當前快速增長的用電需求，作為一種可再生能源，可以一定程度上降低火力發電比重，助力雙碳目標的實現。光伏電源的接入對農村配電網電能質量產生一定影響，為提高能源利用效率，本文就光伏電源對優化農村配電網電能質量的路徑進行了探討。

參考文獻

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