光伏发电对配电网的影响

光伏发电对配电网的影响

夏杰

（长庆油田分公司清洁电力开发项目部）

摘要：光伏发电是一种将太阳光直接转化为电能的技术。它利用太阳能电池（通常称为光伏电池）将太阳光的能量转换为直流电，然后通过逆变器将直流电转换为交流电，以供家庭、企业或电网使用。然而光伏发电的接入对配电网产生了一定的影响，如电压偏差、谐波污染、电网稳定性等问题。为了充分发挥光伏发电的优势，同时确保配电网的安全稳定运行，本文提出一些有效的改善措施。

关键词：光伏发电；技术原理；配电网；影响；措施；

1光伏发电组成及技术原理

1.1光伏发电系统组成

（1）太阳能电池板（光伏模块）：太阳能电池板是光伏发电系统的核心组件，负责将太阳光直接转化为电能。它由多个光伏电池串联和并联组成，以提供所需的电压和电流。

（2）逆变器：逆变器是连接太阳能电池板和电网（或负载）的桥梁。它将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，以满足电网或负载的需求。逆变器可以分为集中式逆变器和组串式逆变器两种类型。

（3）支架系统：支架系统用于固定太阳能电池板，确保其在各种气象条件下都能保持稳定。支架系统可以根据地形、土壤条件和负载需求进行定制设计。

（4）电缆和接线盒：电缆用于连接各个组件，传输电能。接线盒则用于保护电缆连接，防止水分和湿气侵入。

（5）监控系统：监控系统用于实时监测光伏发电系统的运行状态，包括发电量、电压、电流、温度等参数。通过监控系统，用户可以及时发现并解决问题，确保系统的稳定运行。

（6）储能系统（可选）：储能系统用于存储光伏发电系统产生的多余电能，以备在无光照条件下使用。储能系统通常包括蓄电池和充放电控制器。

1.2光伏发电技术原理

光伏发电的技术原理基于半导体材料的光生伏特效应。当太阳光中的光子（光的能量粒子）撞击到半导体材料表面时，如果光子的能量足够大，它可以将电子从半导体的价带激发至导带，形成自由电子和空穴对。在太阳能电池内部，p-n结区域存在一个内建电场，这个电场促使电子向n型材料一侧移动，空穴则向p型材料一侧移动。这样就在电路中产生了电荷分离，形成电流。当太阳能电池板连接到外部电路时，电子在外电路中流动，形成电流，从而产生电能。多个太阳能电池串联和并联组合，形成太阳能电池方阵，可以产生更高的电压和电流，满足不同的电力需求。

2光伏发电对配电网的影响

2.1电压波动与稳定性问题

光伏发电系统的输出受到天气条件的直接影响，因此其发电量具有显著的间歇性和不确定性。这种不稳定性会导致配电网中的电压波动，特别是在光伏发电高渗透率的地区。电压波动可能会超过电网的标准限制，影响电力质量，甚至损害敏感的电子设备。为了解决这一问题，配电网需要采用更为先进的电压调节技术和设备，如静态无功补偿装置（SVC）和动态电压恢复器（DVR），以及实施更为精细化的电网管理和控制策略。此外，通过部署智能逆变器，可以实现对光伏发电系统的有功和无功功率的精确控制，从而帮助维持电网电压的稳定性。

2.2潮流反向与网络损耗增加

传统配电网设计为单向供电，但光伏发电系统的接入可能导致潮流方向的改变，甚至在某些时段出现反向潮流。这种潮流的变化可能会导致配电网的线路和变压器等设备的利用效率下降，增加网络损耗。为了应对这一挑战，配电网需要重新设计和升级，包括采用更高效的变压器和导线材料，以及实施潮流管理和优化技术。此外，通过引入分布式能源资源管理系统（DERMS），可以实现对分布式发电资源的有效调度，减少不必要的潮流反向和网络损耗。

2.3电网规划与升级需求

随着光伏发电的集成，配电网的规划和设计需要考虑新的因素。电网的容量规划不仅要满足用户的用电需求，还要预留足够的空间来容纳不断增长的行业发电量。这意味着电网需要进行相应的升级和改造，以提高其承载能力和适应性。这可能包括建设更多的智能电网设施，如自动化控制系统、高级计量基础设施（AMI）和分布式能源管理系统（DERMS），以及采用先进的通信和信息技术，实现对电网状态的实时监控和优化管理。

2.4系统调度和运行模式变革

光伏发电的加入使得电力系统变得更加分散和多样化，这对电网的调度和运行模式提出了新的要求。电网运营商需要采用新的调度和运行策略，以适应分布式能源资源的动态特性。这可能包括引入更多的需求响应机制，鼓励用户在光伏发电高峰期间减少用电或转移用电时间，以平衡电网负荷。此外，电网还需要开发更加高效的能量管理系统，以整合和管理来自不同来源的可再生能源发电，确保电网的安全稳定运行。

3降低光伏发电对配电网影响措施

3.1优化光伏电站布局与接入设计

在规划光伏电站时，应充分考虑其对配电网的影响。通过优化电站布局，可以减少光伏电站在局部区域的集中接入，从而降低对配电网的冲击。此外，在设计光伏电站接入方案时，应采用合理的接线方式和保护配置，确保在发生故障时能够快速切断故障电流，减少对配电网的影响。具体而言，可以根据配电网的实际情况，将光伏电站分散接入多个配电节点，以分散负荷，降低单个节点受到的冲击。同时，优化光伏组件的接线方式，采用串并联相结合的方式，以提高电站的灵活性和可靠性。在保护配置方面，应装设快速动作的保护装置，如过流保护、过压保护等，以确保在发生异常情况时能够及时切断电源，防止事故扩大。

3.2提升配电网的适应性

针对光伏发电的特点，配电网需要进行相应的改造和提升，以适应新能源的接入。这包括加强配电网的网架结构，提高线路的输送能力，以及增设无功补偿装置等措施。通过这些措施，可以增强配电网的稳定性和可靠性，降低因光伏发电接入而引起的电压波动和闪变等问题。在网架结构方面，可以通过增加联络线、采用环网结构等方式，提高配电网的灵活性和转供能力。在线路输送能力方面，可以采用大截面导线、提高导线运行温度等方法，以提高线路的输送容量。在无功补偿方面，应根据光伏发电的出力情况和配电网的运行状态，动态调整无功补偿装置的投入量，以保持电网的电压稳定。

3.3强化光伏发电的运行管理

光伏发电具有随机性、间歇性的特点，因此需要加强对其运行情况的实时监控和管理。通过建立完善的光伏发电监测系统，可以实时监测光伏电站的出力、电压、电流等关键参数，及时发现并处理异常情况。同时，还应制定科学合理的运行维护管理制度，确保光伏电站的正常运行。在监测系统方面，可以利用物联网、大数据等技术手段，实现对光伏电站的全面、实时、高效监控。在运行维护管理方面，应建立专业的运维团队，定期对光伏电站进行检查和维护，确保设备处于良好状态。此外，还应加强与气象部门的合作，根据天气情况预测光伏电站的出力变化，以便提前调整电网运行方式，降低对配电网的影响。

3.4推广储能技术在光伏发电中的应用

储能技术可以有效平抑光伏发电的波动性，提高电网对新能源的接纳能力。通过在光伏电站中配置一定容量的储能装置，可以在光伏发电出力不足时释放电能，反之则储存多余电能。这样可以有效减轻对配电网的冲击，提高电网的稳定性和可靠性。在储能技术选择方面，可以根据实际需求和应用场景选择合适的储能技术，如锂离子电池、铅酸电池、液流电池等。在配置比例方面，应根据光伏电站的规模和当地电网的情况进行合理配置。通过科学合理的配置储能系统，可以实现光伏发电与配电网的协同优化运行。

4结束语

综上所述，光伏发电对配电网的影响是复杂且多面的。它不仅改变了电网的传统运行方式，也对电网的规划、设计、运行和管理提出了新的挑战。面对这些挑战，电网运营商和政策制定者需要采取积极措施，通过技术创新和政策引导，推动配电网向更加智能化、高效化和可持续化的方向发展。

参考文献

[1]李国味.分布式光伏接入后配电网的安全可靠运维研究[J].通讯世界,2024,31(5):127-129.