分布式光伏发电接入电网的电能质量研究

分布式光伏发电接入电网的电能质量研究

李琳,王文欣

国网山东省电力公司日照供电公司  山东日照  276826

摘要：光伏发电从本质上讲是可持续的电能生产方式之一，其发电原理为利用光生伏特效应（半导体材料）将太阳能直接转化为电能，从而满足用电需求和供电需求，将电能输送到电网。分布式光伏发电并网一般指利用接入低压配电网的方式进行光伏发电，具有灵活环保的特点，但其潮流分布和拓扑结构会影响配网电能质量、电能调度。可见，深入研究分布式光伏发电接入方式是非常必要且重要的。

关键词：分布式光伏发电接入；电网；电能质量

1分布式光伏发电技术的特点

目前，国际上还没有统一的分布式发电的定义，不过分布式发电作为一种发电装置具有以下两方面特性：（1）大电量较小，（2）可以直接配置在用户附近。分布式光伏发电在广义上，包括并网式和离网式两种光伏发电系统。无论是在国际上、还是在中国的配电网中，都往往采用并网式分布式光伏发电系统，且连接的路径是公共连接点，后者也是系统和负荷的分界点。不带储能的分布式光伏发电系统以变压器连接中压公共配电网，以此向配电地区的符合输送电力。同时，其自身无法储能的分布式光伏发电系统也可以通过在中压和低压线路接入的方式向用电用户输送电力。如果输送的电力大于所需的电力，分布式光伏发电系统则会以公共连接点为路径将过量的电力输送到公共配电网。而在其输送的电力小于配电地区所需的电力的情况下，公共电网则需要向符合输送电力，因此在脱网的情况下，这种输电模式无法运行。在现阶段，此类输电模式被广泛应用在建筑光伏系统中。除此之外，还有一种光伏发电系统，即带储能的分布式光伏发电系统。因为自身可以储备能量，所以在脱网的情况下也能够进行输电，主要在低压用户侧并网。

2分布式光伏发电对电能质量的影响

首先，当配电网侧发生短路时，稳态短路电流要高于光伏电源额定输出的20%左右，高渗透力的光伏电源在过流保护过程中，将降低馈电线路检测准确性。当线路发生短路故障时，不能及时检测出故障点及电能数据，直接影响到配电网质量和功能。第二，逆变器开关、逆变器型号在光伏并网发电中容易出现谐波问题。在分布式光伏发电前，应对总谐波进行限制，完成必要的项目质量检测，形成可靠的评估报告，才能进行电能接网。第三，出现电压波动和偏差。由于配电线路具有一定抗阻性，各负荷节点电压较低，在配电网中接入分布式光伏影响功率（有功功率、无功功率）发生变化，电源输出各负荷节点电压可能会升高，馈线出现逆潮流，某一节点电压值可能出现超载现象。另外，分布式光伏发电受到外界环境的影响。如果天气发生变化，光伏输出功率将出现不同程度的波动，电压不稳定，系统容量增大。

3分布式光伏发电接入规划设计

3.1负荷预测

为了避免光伏电源接入使得电能质量劣化，在分布式光伏发电接入环节，首先应该做好电量负荷预测，通过经济模型对分地区负荷进行数量参数校核。其中进入规划模型主要考虑目标函数、电压偏差和波动、线路热约束等因素，主要以多种群遗传算法（MPGA）求解为主，考虑电能质量容量参数，具体情况如下：通常传统固定电源出力波动性小，在进行选址定容优化中，可以忽略不计。考量到分布式光伏出力受温度、光照等因素影响大，存在较大波动性、间歇性，因此不可将其作为固定电源进行考量，需要考虑其波动强度、波动范围，在其目标函数设定上需要进行适当改变。尤其需要考量当分布式光伏接入电网后，对原有电压、稳定、网损等带来的影响，提出科学优化目标函数。

3.1.1安全性分析

配电网中电网负荷处于不断变化之中，对于负荷快速增长区域对配电网电压稳定性影响大，网络存在电压崩溃风险，故确保电压稳定是保障配电网系统稳定运行的重点。考量到分布式电源的波动性，分析分布式电源接入后电压变化。

3.1.2经济性分析

分布式电源接入可以一定程度上减少电网系统有功损耗，若接入位置不够合理或者接入容量不够合理，会导致配电网线路过热、损耗增加。因此分布式光伏接入目标函数需要考量将系统有功损耗降到最低，考虑到分布式电源波动性，则其接入电网的网络损耗也为一个概率分布、波动性数值，可在原有有功损耗表达方式中进行优化。

3.1.3电能质量分析

分布式电源接入后，注入功率并非很小数值，并且不稳定，因此在分析其接入点后对电压产生的影响需要动态分析，避免配置不当导致电网可靠性下降，给节点电压造成过大影响。通过MPGA取代常规的标准遗传算法（SGA），不同种群赋以不同的控制参数（电压偏差和波动、谐波、线路热约束等），通过多种群同时进行优化搜索，各种群之间通过移民算子进行关联，通过多种群协同优化，配合人工选择算子，留下各种群每个优化代中的最优个体，集成精华种群。参数规划将会对光伏功率产生一定影响。在负荷水平之内，以分散的方式接入首端，考虑规划方案中的各项影响因素，可以提升方案设计的合理性和科学性，保证光伏发电系统恢复可靠，降低电压波动对系统的影响。

3.2设备选择

根据我国电力设施建设的相关要求标准，应做好断路器选择，并选择合适的高压线路导线、逆变器等。计算分布式光伏发电短路电流时，应该按照额定电流的1.2倍计算，从而选择合适的真空断路器。充分考虑光伏发电中期容量，选择单芯、三芯在接受太阳照射/不受太阳照射情况下的截面积，选择合适型号的导线。同时应该根据电容器参数表，选用容量小的逆变设备，提升系统可靠性，确定额定输出功率，做好光伏电池选型。

3.3送出方案与配置方案

据我国电力设施建设的相关要求标准以及分布式电源总容量原则，在变压器供电配置中，可以比上一级供电负荷高于1/4进行配置。大中型光伏电站并网之后，技术人员应该根据指令进行系统调动，满足电力安全稳定运行要求，输出有功功率，安装自动装置，卸除光伏电站。当系统恢复正常运行之后，依次并网运行，如果出现电力系统事故，为了防止输电设备过载，应该降低有功功率，当系统频率超过50.2Hz，可能影响输送稳定性和可靠性引起电流电压问题，可以暂时切除光伏电站；考虑到谐波电压问题，技术人员应该更换带有消谐作用的逆变器，注入直流电量必须小于额定电量的1/20，变压器连接线组比为Y/D。在配置方案设计规划中，应该做好母线保护，在纵联电流差动保护时，应该快速切除用线故障，保护装置由两段构成，分别是无时限电流速断和过电流保护。做好防孤岛监测，监测到孤岛之后，将低电压穿越与自动装置相配合，立即断开与电网连接，在时间上相互匹配，当系统故障发生时，实现电压紧急控制，避免光伏电站出现短路，提升电能质量，对线路进行保护。在电能计量安装方面，采用智能电能表，关口计量精度为0.2s，电压互感器精度为0.2级，安装信息采集装置，在通讯过程中可以选择ONU+EPON方案，满足分布式光伏发电通讯传输要求。

4结语

综上所述，在分布式光伏发电接入方案中，必须进行负荷预测，根据方案要求选择合适设备，采用多种群遗传算法，确定送出方案与配置方案，考虑负荷变化的随机性，对接入分布式光伏电源进行智能测评，从而提升并网后系统的电能质量。

参考文献

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[2]吴斌，单来支，王庆，等.基于三相不平衡的分布式光伏接入配电网的优化配置研究[J].电力系统保护与控制，2019，47（24）：108-114.