光伏接入对电网安全稳定的影响分析

周利柱

(海南电力设计研究院,海南海口 570203)

光伏接入对电网安全稳定的影响分析

周利柱

(海南电力设计研究院,海南海口 570203)

在全国智能电网发展背景下,海南省并网型光伏大量发展,研究光伏接入对电网安全稳定的影响具有重要意义。本文从电网运行特性、电网暂态及动态特性、电能质量、孤岛效应、继电保护可靠性等方面分析了光伏接入后对电网的影响,并从优化光伏布点、改善电网结构、合理安排机组启停、无功补偿、保护判据优化等方面,提出了提升光伏接入电网安全稳定的相应措施。

光伏接入 电网安全 稳定影响

智能电网的发展以清洁、低碳、自愈为主要特征，光伏发电因其清洁高效而在智能电网中获得了大规模应用。然而，光伏能源接入电网后，给电网的安全稳定运行及其控制、电能质量等方面也带来一定影响，下文将就此展开讨论。

1 光伏接入对电网安全稳定的影响

1.1 电网运行特性

光伏并网发电量与日光照射息息相关，具有昼发夜停的特点，因此出力有较大幅度的波动。同时，白天光伏发电呈现送端特征，夜间光伏发电呈现受端特征，光伏的易变性将影响电网潮流方向，而电网调节电压的方式以投切电容器和电抗器为主，系统潮流的反复变化给电网运行和调控增加了难度。

由于光伏并网发电系统不具备调峰和调频能力，这将对电网的早峰负荷和晚峰负荷造成冲击。因为光伏并网发电系统增加的发电能力并不能减少电力系统发电机组的拥有量或冗余，所以电网必须为光伏发电系统准备相应的旋转备用机组来解决调峰问题。光伏并网发电系统向电网供电是以机组利用小时数下降为代价的。

1.2 电能质量

光伏并网系统存在大量的整流和逆变装置，这种大功率的电力电子器件的存在，使得直流量逆变后的交流电中含有大量的高次谐波，给电网造成较大的谐波污染，且相对难以滤除，可能激发功率谐振，影响系统的电能质量。

电流谐波对配电网络和用户的影响范围很大，通常包含改变电压平均值、造成电压闪变、导致旋转电机及发电机发热、变压器发热和磁通饱和、造成保护系统误动作、对通信系统产生电磁干扰和系统噪音等。直流分量主要对配电网中的变压器、电流式漏电断路器(RCD)、电流型变压器、计量仪表等造成不利影响，其中对电流式漏电断路器和变压器的影响最为不利，如造成电流式漏电断路器误动作和造成变压器磁通饱和、发热、产生谐波和噪音等。

1.3 孤岛效应

光伏产生的孤岛效应最主要影响在配电侧，孤岛效应是指当因为故障或停电检修等原因光伏系统与大电网脱离时，光伏系统可能与周围的负载形成一个电网难以控制的孤岛，孤岛内电压和频率不稳定，会导致区域内用户负荷出现电能闪变。重新恢复供电时，因为相位不同步而对并网产生冲击，给线路检修带来安全隐患。

1.4 继电保护可靠性

光伏等分布式发电系统多接入在配电系统的末端，配电网系统电压等级低，除了一些零星的小电源外，基本以负荷为主，潮流方向单一，因此配电网内继电保护装置多以过流保护为主，多不具备方向性。光伏电源的接入使得配电网潮流发生了一定的改变，具有了双向流动的可能性，传统的无方向保护已经不再适用，可能出现误动引起故障分支失电。因此，光伏并网必须考虑与原有的继电保护相协调，必要情况下应该增设方向保护。

2 提升光伏接入电网安全稳定的措施分析

2.1 优化光伏接入布点

光伏发电接入电网的末端或联络断面对系统的影响是不同的。光伏并网将使接入点电压升高，引起波动或闪变。因此，应合理优化光伏接入布点，研究光伏接入系统后的结构优化、光伏电站布点、容量优化和微电网模式的设计技术，将系统潮流调整到最优，提升光伏接入电网后系统的稳定性。

2.2 改善电网网架结构

较大规模的光伏电站多位于偏远地区，距离负荷中心相对较远。如果接入的电网网架架构较为完善，送电通道回路配合较好，光伏电站与主网之间电气距离适宜，则能够为光伏电源接入提供强大的电压支撑，有助于提升主网对光伏能源的接纳能力。

2.3 合理安排光伏接入电网内同步机组开机

电网内同步机组的出力与光伏能源的接纳能力息息相关，如果电网内同步机组的出力太大，一旦发生故障，机组在复杂的暂态过程中加速能力也大，则整个机组的暂态稳定性较差，不利于光伏接入电网故障后的恢复。因此，应该合理安排光伏接入电网的同步机组开机量，机组尽量保留旋备裕度，提升系统的暂态稳定裕度，降低故障后的电压跌落程度。

2.4 配置无功补偿装置

光伏能源的波动性较大，通过长距离线路外送时，将影响到电网的无功平衡，通过逆变器并网时还可能造成谐波污染。基于此，电网应该做好无功调节，配置无功补偿装置，包括在线路沿线装设高抗、动态无功补偿装置SVC、可控串联补偿装置等，提升光伏接入后系统的电压稳定性，实现良好的无功控制与谐波抑制。

2.5 优化继电保护判据

针对光伏接入后对电网继电保护的影响，目前业界提出了很多新的方案和策略，目前，在优化继电保护判据方面的讨论集中在以下两个方面:一种是继续沿用原有的继电保护方法和配置，当配电网出现故障时，采取措施消除光伏并网对原有继电保护的影响。目前常用的措施是在光伏出口串联电抗器或故障限流器，这种方法不需要更换原有的继电保护设备，但新增的电抗器和限流器也带来了新的成本;另一种是改进传统的继电保护方案，将原有的继电保护更换为新的保护方法和配置，包括区域纵联保护、区域自适应保护、广域保护等，虽然对传统继电保护进行更换有一定工作量，但这些新型方向保护能够实现电网故障时的快速、灵敏动作。

3 结语

目前，我国在建设智能电网的进程中大力提倡发展光伏，对光伏这种清洁、高效、低碳的新能源利用方兴未艾，未来将会有越来越多的分布式光伏并入电网。因此，深入分析光伏接入对电网安全稳定的影响，有利于电网安全、可靠、稳定运行，推动智能电网的建设进程。

[1]赵争鸣,雷一,贺凡波,等.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化,2011,35(12):101-107．

[2]刘东冉,陈树勇,马敏,等.光伏发电系统模型综述[J].电网技术, 2011,35(8):47-52．