分布式光伏发电与主动配电网的协调发展探究

陕西光伏产业有限公司 贾国征 时硕凡



分布式光伏发电与主动配电网的协调发展探究

陕西光伏产业有限公司 贾国征 时硕凡

【摘要】本文通过对分布式光伏发电与主动配电网的协调发展方式进行研究，并对主动配电网、分布式光伏发电进行详细介绍，从分布式光伏发电对主动配电网的影响，两者间的协调发展的角度进行分析和研究。

【关键词】分布式；光伏发电；主动配电网；协调发展

1 主动配电网的核心理念

主动配电网是指可以综合控制多个分布式电源、负荷或储能装置的新型配电网络，通过借助更为灵活的网络拓扑控制系统，在一定程度上，保证分布式资源在合适的监管环境和准入协议下，为配电系统提供更稳定的支持。主要体现在“规划、控制、管理、 服务”的主动性与“感知”的全面性。主动配电网被看作为“智能配电系统”，在社区和厂区间都有推广应用，其对提高整个电力系统的调度控制具有积极作用。事实上，主动配电网的关键技术主要涉及电力系统、储能材料、电力电子、网络通讯以及自动控制等几个领域。

2 分布式光伏发电的原理

光伏发电的原理是，借助半导体界面的光生伏特效应，直接将光能转变为电能的一种可再生性绿色发电技术。光伏发电技术的关键元件是太阳能电池板，太阳能电池板经串联、封装后形成大面积太阳能电池组件，再通过与功率控制器等元件的配合，共同构成光伏发电装置。分布式光伏发电的工作原理指：太阳光照射到半导体p-n结，形成新的空穴-电子对，并在p-n结内电场作用下，使空穴由n区流向p区，而与此同时电子由p区流向n区，接通电路后在传导元件上形成电流。

3 分布式光伏发电对主动配电网的影响

3.1 配电网规划问题

配电系统的规划，主要通过一定时间和空间内配点负荷进行预测，以判断最佳的系统建设方案，满足负荷增长和稳定供电的条件，最后通过确定最优变电站布点布局和网络接线方式，安排合理的投资水平、投资时间，降低整个配电系统成本和运营成本。近年来随着分布式光伏发电的发展，主要配电系统中最优配电网方案的规划和选择，都需要考虑它带来的影响：a. 提高规划区内电力负荷预测的难度；b. 规划区内用户］DG安装点难以确定；c. 虽DG减少或推迟影响配电系统投资建设，但DG位置和规模不合理可能会导致配电网内某设备利用率的降低，增加网损和维持电力公司经济效益的可能。

3.2 谐波问题

基于电力电子技术的、逆变器接入的分布式电源，电压调节和控制方式都与常规方式有很大不同。其开关器件的频繁和开关频率附近的谐波分量可能会对电网造成污染。另外， 逆变器运行过程中，在参数不均衡、 出发脉冲不对称的情况下，出现直流电流入配电变压器的问题，造成变压器的直流偏磁引起功率因数恶化、异常发热和波形畸变。在光伏并网发电系统中，必须对工作状态下配电系统中谐波进行测量分析与抑制。

3.3 电压波动与闪变问题

电压降落与系统参数有关，在电阻性配电网中，供电过程中有功波动会影响各点的电压情况。光伏发电的电能输出会受天气变化影响，多云、阴天等天气，发电功率会出现剧烈波动或稳定相差等变化。当发电功率的最大变化率超过 10% 时，光伏发电功率的随机性可能会造成供电电网电压的波动和闪变，这种电压问题会直接影响到用户的用电设备安全。

3.4 继电保护问题

传统配电网络的保护设计多是在主馈线安装自动重合闸装置，变电站处安装反向过电流断路器，支路安装设熔断器。对单电源、放射状的供电网络中发生的瞬时故障进行防控。当分布式电源接入后，电源自身故障会对整个供电系统的运行和保护都产生影响，此时的配电网已经变化成为多电源结构，发生短路电流的变化。继电保护的工作行为则会受到光伏发电系统的影响，尤其是基于断路器的三段式电流保护，影响最为严重。

3.5 孤岛问题

分布式光伏发电设备计入主动配电网供电系统中时，电网发生线路故障、频率不稳定、电压越限或振荡失步等问题时，虽DG与配电网断开，但仍与本地负载连接，继续进行供电过程，形成一个封闭的供电子系统。在这个供电子系统内有电能的传输、消耗，但却与电网隔离。脱离电力部门管理，成为“孤岛”。“孤岛”问题容易引发多种安全隐患：1）威胁到线路维护人员的人身安全；2）影响与孤岛地区供电网络相连用户的供电质量；3）无法协调内部保护装置工作；4）整个供电线路恢复后可能产生相位不同步现象；5）“孤岛”电网与主网间不同步重合闸产生操作电压等。

4 分布式光伏发电与主动配电网的协调发展分析

传统电力供应系统通常作为高度复杂的供电系统的代表，一般采用统一集中式的规划建设和运用管理，强调对涉网线路、用户、设备的检查和管理，强化对相关政策和标准的统一控制。为确保电力供应系统安全与稳定，分布式光伏发电在发电特点和优势上都采用特立独行、灵活控制的方式，增加电网接入时的技术门槛，通过严格制限制发展深度和扩大接纳宽度的方式，对分布式光伏发电装置进行系统改进，但由于技术性的缺乏，或管理等方面的不到位，总是会对电网的升级改造、分布式光伏发电的应用推广产生影响。分布式光伏发电与主动配电网的协调发展是制约现阶段配电网络创新的重要问题。

4.1 政策规划

通过对比两者之间的差异，分布式发电和主动配电网都需要相关政策法规的支持，在建设规划的设计阶段，要结合地区差异和经济发展等，与当地实际情况进行协调和规划，鼓励不同条件和需求下的技术创新和改进。目前我国分布式光伏发电与主动配电网的有效结合方式主要有 3 种：1）在电网架构薄弱地区、缺电地区，以提高地区供电能力为主，提高有效供电过程中电压的稳定性、电压自适应控制、分布式光伏发电的高渗透率接入、 并离网切换，以及微网运行控制等技术方面的改进；2）以城镇地区为主，分布式光伏发电密度较高、接入点分散，以供电电能质量控制、提高能量利用效益、优化控制潮流特性等技术改进为重点研究内容；3）工业园区等生产区域，分布式光伏发电以大规模、连片式、流畅性为主要特点进行电压供应，需要解决的是远程调度、继电保护、功率预测等技术工作。

4.2 技术规范

分布式光伏发电与主动配电网的协调发展，需要更多技术支持。发展早期，技术特征多集中在防范比例影响，规范分布式光伏发电秩序上，研究内容也多是提高性能，增加适应性和可靠性，具体包括电能质量、故障穿越等工作的完善。技术规范是指通过对分布式光伏发电系统进行严格约束，以保证供电线路的稳定和供电能力的稳步提升。随着近年来分布式光伏发电的应用推广，技术规范的约束方式多体现出的弊端越来越显著。分布式光伏发电与主动配电要协调发展，必须对传统配电网进行升级，构建完整的创新和发展体系。在当前的分布式光伏发电技术的发展阶段，主动配电网的进步和发展，对提高电力系统的可调度性和稳定性都具有重要价值。在未来主动配电网发展的高级阶段，技术特征应该会集中体现在主动配电网的内部负荷、 储能装置、分布式发电装置、能量管理系统等各项技术内容之间的联合调控和配合程度上。技术规范是指通过循序渐进的方式，引导传统配电网向主动配电网进行转换。

4.3 实验示范

通过对分布式光伏发电与主动配电网协同发展的某些核心技术、关键技术，进行验证演示，以推进技术研究的进程，强化相关技术的推广力度。通过对分布式光伏发电与主动配电网的结合方式和应用典型进行实验示范，对电力供应薄弱区域进行重点实验，研究控制技术的开发和发展。城镇内，主动配电网络通过借助储能设备和负荷管理，重点对分布式发电装置的灵活接入和分散运行进行观测、研究，从而确定针对整个供电网络的控制策略。调节负荷、储能装置、分布式光伏发电的控制等，需要在配电网内部的功率和电压处于一定范围内时，才能保证配电网的安全稳定和高效运行。

5 结语

借助主动配电网技术，分布式光伏发电能够通过储能装置、负荷联合调控等元件的配合，能够发挥更多更大的作用，在未来社区配电的中也具有广阔的发展前景。另外，主动配电网的发展和研究不仅是当下的热点，更是推动电网技术发展的重要内容和创新方向，应在技术、政策、实验等各个方面，给与分布式光伏发电和主动配电网协调发展和共同进步的机会。

参考文献

［1］童亦斌，吴学智，唐芬.分布式光伏发电与主动配电网的协调发展［J］.电力建设，2015（1）.

［2］谷丰.城市配电网接入分布式光伏发电系统的规划研究［D］.华北电力大学，2014（6）.

［3］李鹏，窦鹏冲，李雨薇，周逢权，汪海蛟.微电网技术在主动配电网中的应用［J］.电力自动化设备，2015（4）.

作者简介：

贾国征（1974－），男，陕西韩城人，大学本科，工程师，现供职于陕西光伏产业有限公司。

时硕凡（1986－），女，河南新乡人，大学本科，助理工程师，现供职于陕西光伏产业有限公司。