浅析小型光伏发电系统对配电网的影响

王占强

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司深圳分公司，广东深圳 518040）

浅析小型光伏发电系统对配电网的影响

王占强

（信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司深圳分公司，广东深圳 518040）

建设小型分布式光伏电站经济合理，但分布式能源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。主要从逆变器、谐波和接地等三方面分析小型光伏发电系统对配电网的影响。

分布式光伏电站；谐波；逆变器；漏电电流

1 分布式光伏电站的意义

随着电力市场的自由化程度不断加大和光伏技术的持续发展，建设大型电站需要面临巨大的经济压力，远不如建设小型分布式光伏电站经济划算。

10MW光伏发电系统属于小型分布式光伏电站，纳入电网规划带来的好处如下。短期效益：减少电力传送和分配所产生的运输损耗，提高用电高峰时间电网的服务质量和持续性，减少温室气体排放。中长期效益：延缓未来电网扩容的投资，减少为满足用电高峰期的负载要求而增加的巨型额外发电设备。分布式光伏电站一般要求部署在电力消耗点，例如城市区域，同时光伏组件也可以成为公众光伏知识普及教育的工具。

2 对电网的影响分析

分布式能源通常接入中压或低压配电系统，并会对配电系统产生广泛而深远的影响。从技术观点来看，对于分布式光伏电站融合入电网，逆变器是控制两者之间的相互影响的关键，可以让分布式光伏电站与当地电网系统更好地融合，更好地协调分布式光伏电站与配电网之间的相互影响，比如控制能源质量与保证系统与电网的安全等。

2.1 逆变器的影响

逆变器控制电压波动在传统的配电网系统设计中，电能是最高压的时候输送，低压时消耗。随着分布式能源渗透率的提高，功率流会变得更加复杂，低压配电系统在分布式光伏电站运行的影响下，不良的过压情况可能会出现。举例说明，在国内，低压电网的电压变化在额定值的上下10%变化，被认为是可以接受的。一般从分布式光伏电站输入的电能相比于接入点的额定电压，电压会相对国家标准升高2%～5%。通常，分布式光伏电站的发电量不能超过低压网的33%、中压网的50%，这样设计的目的也是为了避免电网的电压波动。一般来说，合理的策略是严格控制客户终端的负载与对应分布式光伏电站功率之间的比值，避免出现较大的不对称。另一方面，因为分布式光伏电站的输出功率受太阳辐射量的影响，具有一定的波动性，输出功率的波动性关联会造成配电网线路电压的波动，尤其是在那些负载较低的线路上。通过对安装有分布式光伏电站的配电网进行数值模拟的研究，发现输出功率变化的减缓可以有效降低电压的变化。而控制分布式光伏电站输出功率变化的速率，正是逆变器的功用之一。

2.2 谐波和间谐波电流

理想的交流电应是纯正弦波形，但是生产生活中电网系统的输出阻抗及非线性负载等原因，常常导致电源波形失真。中国电压基础频率是50 Hz。将失真的交流非正弦信号经傅立叶转换分析后，可将其电压组成分解为除了基频（50Hz）外倍频（100 Hz，150 Hz，…）成分的线性组合，其倍频的成分就称为谐波harmonic。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1） 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics）或间谐波。

谐波实际上是一种干扰量，谐波电流会产生大量倍频的电污染，使电网受到“污染”。谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。间谐波的影响和危害等同数次谐波电压的影响和危害。

当许多逆变器在同一个低压电网中运行时，尽管每个单独的逆变器都满足电气设计规范，但是它们同时运行形成的谐波电流可能会产生超过规范规定的谐波电压。尤其是当电网的阻抗和谐振频率发生变化时，多逆变器综合产生的谐波电流危害最容易显现，此时电流控制的电子元件的处理能力会大幅度减弱，而同时大量出现的非正弦波就不能得到充分处理。以一个10MW小型地面光伏电站为例，使用业内成熟的集中式方案，逆变器数量为20台，若使用30 kW的组串式方案，逆变器数量则高达340台。随着逆变器台数的不断增多，且部分并网点远离发电厂及负荷区，导致谐振的风险增加。

2.3 接地故障与漏电电流

分布式光伏系统是室外运行，光伏系统的电线与大地可能连接，导致绝缘失效，这种情况称为接地故障，在整个光伏系统25年的服务期内，这种现象是有一定概率发生的。即使是一个好的设计，接地故障依然会发生，其位置在连接盒、开关或者逆变器等处，发生的原因可能是电子元件或者材料的损坏与老化。虽然近年来不断推出专门的技术规范、更好的设计和性能更好的电子元件，提高光伏系统的可靠性，同时大幅降低接地故障发生的可能性，然而随着建筑光伏一体化（BIPV）设计的大量出现，因为BIPV中大量的导线存在于建筑物中，大大增加了接地故障发生的可能。这个问题值得继续关注与研究。

另一个需要考虑的是电容可能产生漏电电流的影响，这里的电容是指以下几个方面：在光伏系统中直流和交流部分的电容，光伏组件和支架系统的接地电容，逆变器中抗电磁干扰的滤波器电容等。当交流电压分量在这些电容中起作用时，有可能使得地线带电。以无变压作用的逆变器为例，当交流电压分量作用于逆变器中滤波器的电容时，电容会产生漏电电流，而漏电电流会流入地线，在正常情况下，地线中是没有电流的。

3 结论

完全开发出逆变器的所有附加价值，就可以对分布式光伏电站能为用户和电网提供所有服务进行一个重新的评估，同时给出一个新的成本与收益模型。这也势必推动分布式光伏电站并网的综合优化设计。

Analysis on the Influence of Small-scale Photovoltaic Station on Power Distribution System

WANG Zhanqiang
（The IT Electronic Eleventh Design&Research Institute Scientific and Technological Engineering Co.，Ltd.，Shenzhen，Guangdong 518040，China）

With the increasing liberalization of the electricity market and sustainable development of PV technology，building large-scale power plants will economically cost toomuch，while building small-scale PV station is an economically favorable choice. However，the integration of distributed energy haswide influences on power distributed system since it is integrated throughmid-voltage and low voltage distribution system.In this paper，the influences ofsmall-scale PV station on power distribution system are analysed from theaspectsof inverters，harmonicsand grounding.

distributed photovoltaic powerstation；harmonics；inverters；leakage current

TM247；TM615

A

1671-0320（2015）05-0023-02

2015-06-22，

2015-07-02

王占强（1983），男，河南清丰人，2007年毕业于防空兵指挥学院机械设计制造及其自动化专业，工程师，从事高低压电气设计工作。