光伏发电与智能电网的结合及优化调度

光伏发电与智能电网的结合及优化调度

刘洋 蔡昊橦 吕国强 卢志辉 田宇

华能榆社发电有限责任公司

031800

［摘要］基于资源节约型、环境友好型的社会发展理念，人们积极探索新能源的应用之路。随着人们对新能源研究与开发的深入，光伏发电也逐渐被认可，其作为分布式节能型供电模式，在一定程度上指明了电力发展的新方向。而光伏发电模式的推广前提是实现光伏发电到智能配电网的接入，且要合理规避接入风险。事实证明，在光伏发电接入智能配电网初期也确实存在部分系统问题。文章主要就光伏发电接入智能配电网后的系统问题进行专题论述，以明确其主要的问题表征和风险性，在此基础上找到优化解决对策，以实现光伏发电模式的推广。

［关键词］光伏发电；智能配电网；系统；问题

1光伏发电发展现状

光伏发电作为先进的发电模式，其主要原理是充分利用半导体界面进行光生伏特反应，实现光能到电能的转化。光伏发电装置的主体构成是太阳能电池板、控制器、逆变器及其他电子元件等。由电池在串联后进行封装保护，形成大面积的太阳电池组件，在功率控制器的作用下构成完整的光伏发电装置。其本质上是间歇性的分布式电源，而将其接入到智能配电网中，会与当前分布式电源，导致配网潮流冲突，引发配网系统系列问题。要想实现两者共赢发展，必须制定合理的举措，以解决冲突。

2光伏发电接入智能配电网后的系统问题

2.1降低电压质量

我国光伏发电技术运用时间较短，技术具有不成熟性且其本身作为不稳定的分布式电源在内外部因素的影响下，接入智能配电网后其不稳定属性会直接降低配网电压质量，使电网系统伴有供电断续、供电断路、供电短路等问题。这在一些大型的光伏变电站中问题尤其突出，一度引发大面积的停电。因为配电网中光伏发电输出功率不得小于总配电网发电容量的10%，一旦输出功率方面有差错，将直接导致供电系统功率周期出现负面变化，使配电线路电流处于极大的波动状态；电压控制难度加大，使电压无法及时调节而出现超标问题，导致整个配电网电压质量下降。

2.2系统结构与潮流异变

光伏发电作为一种间歇性的分布式电源，接入智能配电网后会改变电网系统中原有的负荷状态，使电流分布不规律，并进一步带动配电网整体结构的异变，这种结构上的异变会影响配电网的正常供电，不利于生产生活，也缩短配电网系统的寿命。光伏发电接入智能配电网若从负荷方面接入，其对电网系统的影响更大。不规则的转变后会出现交替变化现象，让电网系统处于动态变化中，这种现象被称为潮流异变，降低供电系统的灵活性。需要技术人员根据实际情况去探明潮流控制的应对举措，从而构建相对稳定的电网系统。

2.3产生并加剧谐波污染

当光伏发电接入智能配电网后，系统直流经过逆变转化为交流电，会产生谐波，引发配电网谐波污染。配电网内的光伏并网系统会出现超负荷现象，如果没有加强滤波器的设计，那么直流转变成交流电时产生的谐波会超出可控范围，对配电网运行造成干扰。目前光伏发电接入智能配电网后发的电量占电网总量的比值不断上升，谐波污染问题还没有得到足够的关注，缺乏相应的谐波管理举措。多个谐波源能量相互叠加，谐波量甚至超出了电能质量承载能力，并激发并电系统内其他的谐振，后果不堪设想。

3某地区大规模光伏发电接入对配网系统的影响

因为某地区地形环境较差，光伏发电站所在区域为偏远山区；所以电网支撑能力弱，电能需求量小，电网短路容量小，环境恶劣，基于光伏发电形成的电流较多，传送距离较长，采取的是高压输电模式，但现有的网架结构不能满足大规模光伏电力输送要求。当大规模光伏发电接入配网系统后，对当地配网系统会产生一定影响。目前该地区智能配电网的拓朴结构为单一放射状链式结构，当光伏发电接入配电网后，单一的电源模式走向多电源电网模式，改变电网潮流分布、网架结构，对分布式电源配电网中无功平衡造成冲击，使得配电网端电压持续降低，甚至引发电压崩溃。分布式电源设计不合理也使配电线路潮流变化增大，配电网电压调整难度大，一旦光伏电源渗透率超过50%，就会出现节点电压越限问题。同等容量分布式光伏电源分散接入对电压提升幅度远低于集中接入线路末端时引起电压升高的幅度，高于集中接入线路前端时引起电压升高的幅度，加上光伏经常出现电源出力变化，会发现与配电网并网点的电压出现电压闪烁和谐波、电压跌落、电压脉冲、瞬时供电中断等问题，严重影响配电系统的稳定。

4光伏发电接入智能配电网后的系统问题的应对举措——以某地区为例

4.1加强电能质量监控

要想加大电能质量监控力度，提高电网运行的安全性，应尽可能少使用分布式电源开关，增加逆变器的使用次数，规避输出功率发生变化。为了防止因谐波造成污染，应安装滤波器到谐波电压较高的母线上，配合使用逆变器和滤波器，将谐波电压控制在合理范围内，最大限度地减少谐波对电能质量带来的影响。上述案例中，某地区电力部门是通过在光伏并网点上安装电抗器进行无功补偿。该方法能快速、连续稳定地调节无功功率，进行电能质量的监管，辅助治理谐波。加强电能质量监控，还应结合电网的实际情况，减少光伏发电电源开关的次数，并采用逆变器的方式将其接入光伏发电装置之上，最大限度地降低光伏发电的功率，更好地保障电网的智能化、安全化运行，以满足人民群众的用电需求。

4.2改进并网结构设计

当智能配电网并入光伏发电后，配电网是一种集多能源于一体的电源系统，电网中原有的并网结构会与之产生冲突，所以需要不断改进和优化并网结构。案例中某地区规划设计环节方面进行合理布局，避免集中接入，光伏均匀分散地通过较短的汇集线路接入主网当中，在汇集线路上设置串联电容补偿器来改变线路阻抗，调节无功平衡，也尝试将分布式光伏电源作为配网备用电源，以提高系统稳定性。改进并网结构设计，还可以采用继电保护的方式，这样能够减少设备故障带来的不良影响，同时可以实现对故障的有效处理。这是因为该种方式能够对配电网的电流实时监控，发现结构不稳、电流不稳的状况后，可以及时预警并帮助管理人员开展检修，提升配电网运行的稳定性，达到改进并网结构设计目标。

4.3重视故障评估处理工作

很多因素都与配电系统的稳定性评估结果有着一定关联，包括接入地点、并入方式等。当光伏发电接入到配电网后，可以显著提高系统运行的稳定性；但如果将其并入到配电网，反而会降低系统运行的稳定性。因此，分析和评估光伏发电运行的主要特点成了并入配电网之前必须开展的一项重要工作。

5结束语

当前电力改革持续深入，光伏发电模式的推广势在必行，而其接入智能配电网后产生的系统负面影响不容小觑，特别是电压质量下降、系统结构潮流异变、谐波污染加剧等问题。我们必须从电能质量监管、电网结构设计、故障评估处理、系统运行状态调节以及微网变化研究等几个方面入手，以提升光伏发电效益，让光伏发电与智能配电网的“握手言和”。

参考文献

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