浅析光伏发电并网对配电网的影响及对策
米凌志
【摘 要】太阳能是一种可再生能源，具有安全、清洁、分布广泛等特点，光伏发电能够有效利用太阳能实现电力能源的生产，符合现代化的节能环保理念。但是，光伏发电并网的电源容量的增加也会对配电网的运行控制产生不利影响，降低供电质量。论文围绕光伏发电展开讨论，通过典型的光伏发电系统分析了光伏发电并网技术，并探讨了光伏发电的并网对配电网的影响及对策。
【Abstract】Solar energy is a kind of renewable energy， which is safe， clean and widely distributed. Photovoltaic power generation can effectively use solar energy to achieve the production of electric energy， and conforms to the modern concept of energy saving and environmental protection. However， the increase of the capacity of grid-connected photovoltaic power generation will also adversely affect the operation control of the distribution network， and reduce the quality of power supply. This paper discusses the photovoltaic power generation， analyzes the photovoltaic grid-connected technology through typical photovoltaic power generation system， and discusses the impact of photovoltaic grid-connected on the distribution network and its countermeasures.
【关键词】光伏发电；配电网；影响；对策
【Keywords】 photovoltaic power generation； distribution network； impact； countermeasures
【中图分类号】TM615 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0153-02
1 引言
在经济飞速发展的背景下，我国的资源和能源危机也在加剧，基于可再生能源的发电系统得到开发和应用。近年来，风电和光伏发电等新能源的应用，在我国受到了越来越多的关注和重视，新能源的开发工作不断深入。随着光伏电站并网数量的增加，这种依靠太阳能等自然资源的发电方式对配电网的影响也逐渐显现出来。光伏发电容易受到自然因素的影响，具有一定的随机性和波动性，同时，光伏电站并网后，配电网由原来的单电源系统转变为多电源系统，导致配电网中谐波和直流分量增加，影响配电网的安全运行和电力设备的正常工作。新能源企业要抓住机遇，迎接挑战，认真分析和总结光伏发电并网存在的问题，并制定有效方案予以解决。
2 光伏发电并网技术分析
2.1 光伏发电原理
光伏發电主要是利用光伏组件将太阳能资源转化为电力能源，一般采用分布式的布置形式，作为配电网的重要补充。一般而言，光伏发电系统需要包括光伏电池板（由特殊材料制作的硅板）、电容适配器、主开关、核心逆变器、交直流变换器、蓄电池组、充电器等，如图1所示，在发电过程中，充电器具有MPPT功能，将光伏电池板产生的电能连接到蓄电池，同时蓄电池与电容适配器连接，对电能电容进行调控；与核心逆变器连接，确保电能与配电网的适配[1]。光伏发电站能够与配电网或其他新能源网络进行有效调节，互为补给，不仅能够直接连接用户负载，还能够将多余电能储存运输到当地的公用电力网络中。
2.2 光伏并网特性
光伏发电主要是利用太阳光，因此容易受到气候条件、时间、地域等因素的影响，表现出如下特性：第一，随机波动性，光伏发电系统所处的地理位置不同，太阳光照的有效性也不同，并且在不同的天气条件下，太阳光照强度也不同，例如晴天光照充足，但是雷雨天气光照很弱，这就导致光伏发电表现出明显的随机波动性；第二，输出为纯有功功率，当前大部分光伏发电系统应用的并网方式主要是通过逆变器的连接，逆变器的输入为电压，输出为电流，通过对输出电流的控制，跟踪网点电压实现并网，这个过程中输出功率因素接近1，几乎为纯有功功率输出；第三，孤岛保护负荷相关性，光伏发电并网技术还不够成熟，因此在配电网中所占的比例并不大，可以通过抗孤岛设备监测孤岛效应，但是对着光伏并网装机容量的增加，孤岛效应监测时间变长，容易引发电网故障[2]。
3 光伏发电并网对配电网的影响
光伏发电并网的电源容量较小，一般只有几兆瓦，在35kV及以下电压等级的配电网中较为常见。光伏发电并网虽然具有节能环保、成本较低、电力维修方便等优点，但是由于自身特点的限制，在实际的配电网运行中还存在很多不利影响。
3.1 对电能质量的影响
光伏发电并网后，使得配电网的电压水平发生变化，容易造成电压、电流的波形畸变，其对配电网电能质量的影响主要表现在以下几点：第一，谐波畸变，光伏发电系统一般需要应用电力电子换流器，该装置接入配电网后会引入谐波电流，同时影响电网电压，造成谐波畸变，此外，光伏发电系统中的电抗器以及配电网中的电容器会造成谐振现象，使得谐波畸变更加明显；第二，电压波动和闪边，光伏发电系统要受到自然环境温度、太阳光辐射强度等因素干扰，其输出的功率具有一定的波动性，接入配电网后，变化的功率输入会导致原有电压水平的波动，难以避免闪变问题，影响供电稳定性；第三，潮流方向发生变化，光伏发电系统在配电网中接入的具体位置和容量配置是不尽相同的，如果接入的光伏并网容量过大，在馈线节点处会产生较大的输入功率，使得此处电压升高，造成潮流倒向，影响整个配电网的输配电质量。
3.2 对继电保护的影响
我国配电网大部分采用的是单电源放射型布设方式，将光伏发电系统并入到配电网中，会改变配电网络原有的拓扑结构，造成继电保护发生拒动、误动等情况，同时还会影响自动重合闸。具体而言，光伏发电并网对继电保护的影响包括以下几个方面：第一，影响三段式过流保护，在光伏发电接入配电系统后，如果发生电力故障，由于光伏电源的存在，继电保护装置判断故障电流的难度提升，使得馈线保护动作灵敏度降低，同时，邻近线路的瞬时速断保护选择性失效，容易产生拒动或误动；第二，影响高压熔断器保护，分布式光伏系统并网成功后，配电网成为多电源供电系统，而高压熔断器保护往往针对单个电源系统有效，在发生故障后，高压熔断器仅仅断开故障支路，难以实现对整个线路的保护；第三，造成孤岛效应，在光伏电站并网的情况下，发生短路故障后，母线自切保护装置容易发生错误动作，光伏电站与母线的其余负载将会形成电力孤岛。
4 分布式光伏发电并网对策
4.1 加强无功补偿
按照国家电网的有关规定，光伏电站并网需要加强无功补偿性能的研究，尤其是对于大型的光伏电站必须具备动态无功补偿能力。一方面，要针对AVC和无功设备容量进行全面的研究和设置，使得光伏发电站并网后能够与配电网形成统一的无功控制系统，同时要对电容和电抗器等无功设备之间进行协调控制[3]；另一方面，有效利用光伏电站对配电网的无功配置能力，可以与相关科研单位和设备制造长假进行深入的研究，充分发掘光伏发电中的无功调节能力，确保配网的区域电压能够稳定，使得整个电力系统的输配电质量获得进一步提升。
4.2 提高安全运维水平
光伏发电系统并网后，配网安全运行最为有效的保护方法就是精准地审核、校对保护定值，从而确保配网安全运行。或者延迟变电站重合闸时间，使其滞后2-3秒，当分布式光伏电源有了较高的发电量，接连大于系统容量的20%，则有必要对配网终端的故障设定值来新一轮地整定。在实际的工作中，电力企业要加强对光伏电站主要性能的重点检测，例如低电压穿越、电网适应性、有功功率输出特性、SVC性能、电能质量等方面的检测。与此同时，还要加大对配网安全检修与运维力度，对并网后的供电状态实时监控，及时发现和解决安全隐患。
5 结语
光伏发电作为新能源的一种重要形式有着很好的发展前景，光伏并网发电系统应用范围不断扩大，但是，在实际的运行中还面临着一定的阻碍，新能源企业要加强与电力企业的沟通合作，采取有效措施提升光伏发电性能，保障并网质量。
【参考文献】
【1】李知奎.关于分布式光伏发电并网对配电网的影响分析[J].电子世界，2016（14）：146.
【2】于湛瑶.基于光伏发电并网對配电网保护的影响及对策[J].科技经济导刊，2016（22）：74+65.
【3】张乐坤，苏乃斌.光伏发电并网对配电网保护的影响及对策[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2015（06）：253.
【摘 要】太阳能是一种可再生能源，具有安全、清洁、分布广泛等特点，光伏发电能够有效利用太阳能实现电力能源的生产，符合现代化的节能环保理念。但是，光伏发电并网的电源容量的增加也会对配电网的运行控制产生不利影响，降低供电质量。论文围绕光伏发电展开讨论，通过典型的光伏发电系统分析了光伏发电并网技术，并探讨了光伏发电的并网对配电网的影响及对策。
【Abstract】Solar energy is a kind of renewable energy， which is safe， clean and widely distributed. Photovoltaic power generation can effectively use solar energy to achieve the production of electric energy， and conforms to the modern concept of energy saving and environmental protection. However， the increase of the capacity of grid-connected photovoltaic power generation will also adversely affect the operation control of the distribution network， and reduce the quality of power supply. This paper discusses the photovoltaic power generation， analyzes the photovoltaic grid-connected technology through typical photovoltaic power generation system， and discusses the impact of photovoltaic grid-connected on the distribution network and its countermeasures.
【关键词】光伏发电；配电网；影响；对策
【Keywords】 photovoltaic power generation； distribution network； impact； countermeasures
【中图分类号】TM615 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）10-0153-02
1 引言
在经济飞速发展的背景下，我国的资源和能源危机也在加剧，基于可再生能源的发电系统得到开发和应用。近年来，风电和光伏发电等新能源的应用，在我国受到了越来越多的关注和重视，新能源的开发工作不断深入。随着光伏电站并网数量的增加，这种依靠太阳能等自然资源的发电方式对配电网的影响也逐渐显现出来。光伏发电容易受到自然因素的影响，具有一定的随机性和波动性，同时，光伏电站并网后，配电网由原来的单电源系统转变为多电源系统，导致配电网中谐波和直流分量增加，影响配电网的安全运行和电力设备的正常工作。新能源企业要抓住机遇，迎接挑战，认真分析和总结光伏发电并网存在的问题，并制定有效方案予以解决。
2 光伏发电并网技术分析
2.1 光伏发电原理
光伏發电主要是利用光伏组件将太阳能资源转化为电力能源，一般采用分布式的布置形式，作为配电网的重要补充。一般而言，光伏发电系统需要包括光伏电池板（由特殊材料制作的硅板）、电容适配器、主开关、核心逆变器、交直流变换器、蓄电池组、充电器等，如图1所示，在发电过程中，充电器具有MPPT功能，将光伏电池板产生的电能连接到蓄电池，同时蓄电池与电容适配器连接，对电能电容进行调控；与核心逆变器连接，确保电能与配电网的适配[1]。光伏发电站能够与配电网或其他新能源网络进行有效调节，互为补给，不仅能够直接连接用户负载，还能够将多余电能储存运输到当地的公用电力网络中。
2.2 光伏并网特性
光伏发电主要是利用太阳光，因此容易受到气候条件、时间、地域等因素的影响，表现出如下特性：第一，随机波动性，光伏发电系统所处的地理位置不同，太阳光照的有效性也不同，并且在不同的天气条件下，太阳光照强度也不同，例如晴天光照充足，但是雷雨天气光照很弱，这就导致光伏发电表现出明显的随机波动性；第二，输出为纯有功功率，当前大部分光伏发电系统应用的并网方式主要是通过逆变器的连接，逆变器的输入为电压，输出为电流，通过对输出电流的控制，跟踪网点电压实现并网，这个过程中输出功率因素接近1，几乎为纯有功功率输出；第三，孤岛保护负荷相关性，光伏发电并网技术还不够成熟，因此在配电网中所占的比例并不大，可以通过抗孤岛设备监测孤岛效应，但是对着光伏并网装机容量的增加，孤岛效应监测时间变长，容易引发电网故障[2]。
3 光伏发电并网对配电网的影响
光伏发电并网的电源容量较小，一般只有几兆瓦，在35kV及以下电压等级的配电网中较为常见。光伏发电并网虽然具有节能环保、成本较低、电力维修方便等优点，但是由于自身特点的限制，在实际的配电网运行中还存在很多不利影响。
3.1 对电能质量的影响
光伏发电并网后，使得配电网的电压水平发生变化，容易造成电压、电流的波形畸变，其对配电网电能质量的影响主要表现在以下几点：第一，谐波畸变，光伏发电系统一般需要应用电力电子换流器，该装置接入配电网后会引入谐波电流，同时影响电网电压，造成谐波畸变，此外，光伏发电系统中的电抗器以及配电网中的电容器会造成谐振现象，使得谐波畸变更加明显；第二，电压波动和闪边，光伏发电系统要受到自然环境温度、太阳光辐射强度等因素干扰，其输出的功率具有一定的波动性，接入配电网后，变化的功率输入会导致原有电压水平的波动，难以避免闪变问题，影响供电稳定性；第三，潮流方向发生变化，光伏发电系统在配电网中接入的具体位置和容量配置是不尽相同的，如果接入的光伏并网容量过大，在馈线节点处会产生较大的输入功率，使得此处电压升高，造成潮流倒向，影响整个配电网的输配电质量。
3.2 对继电保护的影响
我国配电网大部分采用的是单电源放射型布设方式，将光伏发电系统并入到配电网中，会改变配电网络原有的拓扑结构，造成继电保护发生拒动、误动等情况，同时还会影响自动重合闸。具体而言，光伏发电并网对继电保护的影响包括以下几个方面：第一，影响三段式过流保护，在光伏发电接入配电系统后，如果发生电力故障，由于光伏电源的存在，继电保护装置判断故障电流的难度提升，使得馈线保护动作灵敏度降低，同时，邻近线路的瞬时速断保护选择性失效，容易产生拒动或误动；第二，影响高压熔断器保护，分布式光伏系统并网成功后，配电网成为多电源供电系统，而高压熔断器保护往往针对单个电源系统有效，在发生故障后，高压熔断器仅仅断开故障支路，难以实现对整个线路的保护；第三，造成孤岛效应，在光伏电站并网的情况下，发生短路故障后，母线自切保护装置容易发生错误动作，光伏电站与母线的其余负载将会形成电力孤岛。
4 分布式光伏发电并网对策
4.1 加强无功补偿
按照国家电网的有关规定，光伏电站并网需要加强无功补偿性能的研究，尤其是对于大型的光伏电站必须具备动态无功补偿能力。一方面，要针对AVC和无功设备容量进行全面的研究和设置，使得光伏发电站并网后能够与配电网形成统一的无功控制系统，同时要对电容和电抗器等无功设备之间进行协调控制[3]；另一方面，有效利用光伏电站对配电网的无功配置能力，可以与相关科研单位和设备制造长假进行深入的研究，充分发掘光伏发电中的无功调节能力，确保配网的区域电压能够稳定，使得整个电力系统的输配电质量获得进一步提升。
4.2 提高安全运维水平
光伏发电系统并网后，配网安全运行最为有效的保护方法就是精准地审核、校对保护定值，从而确保配网安全运行。或者延迟变电站重合闸时间，使其滞后2-3秒，当分布式光伏电源有了较高的发电量，接连大于系统容量的20%，则有必要对配网终端的故障设定值来新一轮地整定。在实际的工作中，电力企业要加强对光伏电站主要性能的重点检测，例如低电压穿越、电网适应性、有功功率输出特性、SVC性能、电能质量等方面的检测。与此同时，还要加大对配网安全检修与运维力度，对并网后的供电状态实时监控，及时发现和解决安全隐患。
5 结语
光伏发电作为新能源的一种重要形式有着很好的发展前景，光伏并网发电系统应用范围不断扩大，但是，在实际的运行中还面临着一定的阻碍，新能源企业要加强与电力企业的沟通合作，采取有效措施提升光伏发电性能，保障并网质量。
【参考文献】
【1】李知奎.关于分布式光伏发电并网对配电网的影响分析[J].电子世界，2016（14）：146.
【2】于湛瑶.基于光伏发电并网對配电网保护的影响及对策[J].科技经济导刊，2016（22）：74+65.
【3】张乐坤，苏乃斌.光伏发电并网对配电网保护的影响及对策[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2015（06）：253.
