分布式光伏发电系统对配电网的影响 刘树楷

发表时间：2018-02-26T11:08:55.947Z 来源：《基层建设》2017年第32期 作者： 刘树楷

[导读] 大规模光伏发电也已被列为21世纪的重要替代能源，世界各国都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。 广东电网有限责任公司潮州供电局 广东潮州 521000

太阳能是一种取之不尽的可再生能源，储量十分巨大，不仅分布广泛、可再生而且不污染环境，是国际上公认的理想替代能源。大规模光伏发电也已被列为21世纪的重要替代能源，世界各国都把太阳能光伏发电的商业化开发和利用作为重要的发展方向。

随着太阳能光伏发电等技术的快速发展，光伏发电装机容量逐年上升，而且光伏发电具有分布广泛、能量密度低以及间歇性等特点，其发电系统输出功率存在较大的随机波动，大量机组接入电网给传统电网的功率传输、电压分布、三相平衡等方面带来了诸多不利的影响。因此，评估光伏发电对电网稳定性影响，提出应对措施，降低电网运行风险，提高电网清洁电源接纳能力是非常必要的。 一、光伏发电对功率传输的影响

电网设备是按照一定的功率设计值来制造的，严格按照系统的安全性、经济性、运行质量和水平来选择容量，没有考虑分布式发电在低压或者中压电网的大规模接入。分布式发电并网改变功率传输方向，大量接入可能造成配网设备运行容量越限。因此，分布式电源并网应首先确保设备传输功率不越限的约束条件。

解决问题的方法设想：目前从规划层面上，首先采用最严格的手段，即按照“分布式发电最大、负荷最轻”的小方式和“分布式发电最小，负荷最重”的大方式两种情况进行校验。若当前标准无法满足该要求，解决手段有：

1、更换设备，增大线路截面，手段最简单、最直接，但对于电网运营者来说，代价过高，采用超前方法更换配电网的所有导线的可能性很小；

2、分布式电源发电装设自适应控制系统，监控接入点所连接的上送方向线路的功率情况，按照一定容量限值自动控制电源出力大小，此方法较为简单，可视为近期手段；

3、通过构建微电网，将负荷和分布式电源“打包”，尽可能实现用户侧消纳，该手段最大限度实现就地平衡，能够有效的减轻分布式发电对配网的影响，同时也减少网络损耗，推迟电网升级改造，但是大容量储能技术还待发展成熟和产业化，目前微电网供电成本较高，可视为中期手段；

4、通过区域发电控制，监控电源发电和网络功率流动情况，将配电网对负荷和分布式电源的被动接纳变为主动的优化控制，此方法类似主网接入电源的处理方式，契合了未来配电网精益化运营和用户高质量供电的要求，但是考虑需要大量的通讯和控制设备、完备的控制策略以及配套的一大批高素质配电运营人员，实现难度较大，可视为远期手段。 二、光伏发电对配电网电压分布的影响

《广东电网规划设计技术原则》中规定，正常方式下各级电压电网枢纽点允许电压波动的范围，其中10kV、20kV和380V电网为-7%-+7%，220V电网为-10%-+7%。考虑到110kV及以上变电站的电压调节能力较强，可认为110kV低压侧电压可以控制在合理的高水平并保持基本不变。

无分布式电源接入时，配电网从变电站沿线路方向到用户的电压均为降低趋势。规划期，需要应对的功率变化范围为从0到最大预测负荷。电网规划时，一方面，通过协调供电半径、线路截面和最大载荷水平，形成合理的变电站布点和网络，确保负荷最大时可将电压降控制在规定范围内；另一方面，规定装设以配电变压器低压侧集中补偿为主的无功补偿，通常容量为变压器容量的20%-40%，实际运行时可通过调整配电变压器分接头和投切无功补偿来调整电压，主要用来应对中压侧电压偏差较大和负荷过重造成的配变低压母线电压过低的情况。

有分布式电源接入时，需要增加考虑分布式发电出力的波动，如果分布式电源和配电网的负荷变化保持一致，那么电压分布情况得到改善，如果两者变化方向相反，那么电压分布情况受到负面影响。

解决问题的方法设想：该问题和负荷以及分布式出力波动密切相关，方法设想与功率传输问题类似。目前从规划层面上，首先采用最严格的手段，即按照“分布式发电最大、负荷最轻”的小方式和“分布式发电最小，负荷最重”的大方式两种情况进行校验。 若当前标准无法满足该要求，解决手段有：

1、更换设备，增大线路截面或者减小供电半径，此手段最简单、最直接，但对于电网运营者来说，代价过高，采用超前方法更换配电网的所有导线的可能性很小，为适应分布式电源接入而减小供电半径的可能性也很小；

2、分布式电源发电装设自适应控制系统，监控接入点所连接的电压情况，按照一定容量限值自动控制电源出力大小以及功率因数，此方法较为简单，可视为

3、通过构建微电网，将负荷和分布式电源“打包”，尽可能实现用户侧消纳，该手段最大限度实现就地平衡，能够有效的减轻分布式发电对配网的影响，同时也减少网络损耗，推迟电网升级改造，但是大容量储能技术还待发展成熟和产业化，目前微电网供电成本较高，可视为中期手段；

4、通过区域发电控制，监控电源发电和网络功率流动和电压分布情况，将配电网对负荷和分布式电源的被动接纳变为主动的优化控制，此方法类似主网接入电源的处理方式，契合了未来配电网精益化运营和用户高质量供电的要求，但是考虑需要大量的通讯和控制设备、完备的控制策略以及配套的一大批高素质配电运营人员，实现难度较大，可视为远期手段。 三、光伏发电对配电网三相平衡的影响

单相低压接入的分布式电源可能引起三相不平衡程度加重，负序电流可能向更高电压等级逆流，同时将影响每相电压的电压分布，不利于降低网损和改善电压。 解决问题的方法：

1、规定单相低压电源的容量上限，避免单个电源容量过大；

2、提高配电网对单相分布式电源的监测和管理水平，将单相电源连接到负荷最重的相上，无需在规划层面考虑。 3.3对配电网谐波的影响

随着科学技术的发展，许多高精密技术研究的发展，许多敏感性较高的高科技设备负荷得到了大规模推广应用，如集成电路芯片制造流水线，对电能质量有着很高的要求，当电能质量不合格时将对设备和产品造成巨大的影响和经济损失。而接入配电网的分布式电源采用了大量的电力电子装置，而电力电子装置是现在电力系统的主要谐波来源。 目前逆变器大都采用SVPWM技术进行谐波抑制。SVPWM是空间矢量脉宽调制（Space Vector Pulse Width Modulation）的简称，SVPWM的主要是以三相对称正弦波电压供电时三相对称电动机定子理想磁链圆为参考标准，以三相逆变器不同开关模式作适当的切换，从而形成PWM波，以所形成的实际磁链矢量来追踪其准确磁链圆。传统的SPWM方法从电源的角度出发，以生成一个可调频调压的正弦波电源，而SVPWM方法将逆变系统和异步电机看作一个整体来考虑，模型比较简单，也便于微处理器的实时控制。通过SVPWM技术，分布式光伏的谐波含有率如下图所示。 图1各次谐波电压含有率 从上图中可以看出，由于SVPWM技术的应选用，分布式光伏并网点的谐波水平能够得到较好的抑制，在各次谐波电压中，其畸变率中最高为5次谐波，畸变率约为0.015%，7次谐波为0.008%，11次谐波为0.003%，13次谐波为0.002%，以上各次谐波的畸变率均远小于GB/T14549-2008《电能质量公用电网谐波》规定的范围，电压含有率也不超过规定要求的范围。 算例网架结构如下图所示。低压线路主干长度为500m，从配电变压器低压侧开始，各段主干长度均为100m，分支线路长度均为150m。假设负荷平均分布，功率因数均为0.85，无功补偿固定为80kVar不变。 在上述分布式光伏谐波水平的基础上，进一步分析分布式光伏发电系统接入电网时，对公共连接点以及电网各节点谐波的影响，记录由光伏接入引起的电网谐波畸变率。 图2 电网主接线图 当分布式光伏接入后，电网中各个节点均产生一定的影响。当采用专线接入变电站母线BUS1时，其谐波畸变率随着节点位置远离BUS1逐渐降低，线路BUS5的谐波最低，约为0.0128%，在电网相关技术导则规定的范围之内。 其接入点的谐波水平随着T接点逐渐到线路末端逐步增高，且由接入点想两端逐渐递减。这是由于线路中存在一定的阻抗，随着电网中各点逐渐原理接入点，其会产生一定的损耗，进而使得该点的谐波水平也有所降低。当接入点为BUS5时，该点的谐波水平最高，约为0.0172%，也小于电网相关技术导则规定的值。 图3光伏接入后对电网各节点谐波畸变率 同时可以看出，由于变电站母线通过变压器与近似无穷大电源连接，因此无论采用专线接入还是T接，其变电站母线的谐波畸变总保持在相似水平，不管分布式电源采用何种接入方式，其对变电站母线BUS1的影响几乎相同，因此可认为，分布式光伏分布式接入对接入点处线路影响较大，而对于相邻线路影响较小。 综上所述，分布式电源接入配网，将产生一定的谐波影响，但由于逆变器可通过先进的控制技术，抑制谐波畸变，因此分布式电源的谐波畸变仍可维持在接受的范围之内，不会影响负荷的正常运行，因此不需对现有配电网线路及设备进行改造。同时，可以通过将分布式电源和储能构建微网系统，运用微网内部的平滑功率策略等控制技术，可以进一步提升公共连接点的电能质量水平，提升用电可靠性。 四、总结与建议 随着国家对分布式发电项目的大力支持和电力体制改革的推动，分布式发电的规模和比重将进一步扩大，对传统的供电模式将带来一定的冲击，电网企业也将担负更大的运行风险。在提供并网服务的过程中，电网企业应重视管理制度和技术标准的作用，降低分布式发电对电网的影响并控制电网的投资成本。