分布式光伏发电系统与配电网交互影响探究

作者/刘前军，囯网山东省电力公司平原县供电公司

分布式光伏发电系统与配电网交互影响探究

作者/刘前军，囯网山东省电力公司平原县供电公司

光伏发电系统是目前新兴的发电技术的重要应用，与风电、水电共同作为新能源发电的代表，在现阶段发电厂中占有重要位置。本文将针对目前分布式光伏发电系统的构成和并网接入方式进行研究并阐述，结合光伏发电与传统配电网络之间因存在的信息覆盖、数据隔离问题，对二者之间的交互影响进行论述，同时对并网管理提出建议。

新能源；发电系统；配电网络；并网管理

前言

新能源是在世界能源出现严重的情势下被提出，并受到各国专家认可的理论，新能源的选择和应用既需要具备能源含量巨大的特点，同时在使用过程中也不能够对环境造成污染。在全球能源的研究中，太阳能能源以其具有的丰富性和可靠性受到电力研究者的广泛关注，经过多年的研究和实践，光伏发电已经逐渐得到了应用，并在新能源产业当中具有重要地位。

1.分布式光伏的并网接入

■1.1 光伏系统构成

对于一般的光伏系统来说，可以根据其发电方式分为离网型和并网型两种类型，其中离网型是一种孤立的发电系统，不与常规电力系统相互连接，其构造包含控制器、蓄电池组、逆变器、光伏电池阵列构成，以其特点，主要应用于乡村、高原、荒漠和海岛，这些地区公用电网难以覆盖；而并网型系统则是与常规电力系统相连接，将系统网络并入到传统配电网络当中，实现电力能源利用的最大化。其构成结构主要包括有系统控制器、光伏方阵、并网逆变器等，这种类型的光伏系统根据密集程度还可划分为分布式光伏电站和集中式光伏电站两种，本文进行研究的正式并网型分布式光伏发电系统。

■1.2 光伏系统特征

在现阶段的分布式光伏发电系统当中，由于选择使用的控制器不同，因此可以分为单极式并网和两级式并网两种类型[1]。这两种并网方式各具特点，具体内容如表1所示。

■1.3 并网接入方式

在国网典型设计当中，关于分布式光伏发电系统的并网接入方式多达十三种，并形成了并网方式数据库。在这十三种方式之中，最为常见的为模糊匹配技术。模糊匹配技术的实现首先要基于分布式光伏发电系统的全参数量化，从而使接入容量、电压等级、配网拓扑等内容能够进行分级排序，从而实现模糊函数的建模，计算出并网规则和相对阈值，从而使设计方案能够针对具体的并网需求做出最优选择。以光伏电池的输出选择为例，在进行并网接入设计的时候，分布式光伏发电系统需要优先考虑并网的配电网络所在地区的光照条件，利用数学模型进行建模仿真。本文对我国某省份的实例光伏发电进行了并网设计，首先选用MPPT算法形成S函数，太阳能电池模块参数依照海纳多晶硅SW–260W–P型号进行了确定，并在标准温度下对该地区光照强度进行了仿真，从而分别得出了开路电压、短路电流、最大功率点电压等数值，为电池选型和光伏阵列提供了数据支持。

表 1 两种并网方式的比较

2.光伏发电对配电网络影响

■2.1 配电网络短路影响

在分布式的光伏发电系统当中，光伏电源拥有稳态等值，因此本文在针对配电网络所拥有的等效电压源加抗阻的形式当中，利用模型的方法，对短路电流进行计算，最终得出了光伏电源容量在并网接入后对配电网络短路电流的影响。图1为一种光伏发电在配电网络中的模型。

图中，对各个部分分别进行设置。其中，系统电源为SG，分布式光伏电源为PV，ES、XS、EPV、XPV分别为系统等小电源相电压、系统等效阻抗、分布式光伏电源电压、分布式光伏等效阻抗。通过图示可以对等效阻抗和电源容量的关系进行表达，设常量系数a，则有XPV=a/SPV。

图 1 配电网等值模型

在线路当中，ES、EPV、E三者在忽略线路电阻时假设相等，则线路中AB、BC、CD、AE四项阻抗则可以分别指代X1、X2、X3、X4，本文以K1点短路故障为例进行推导，则保护1的流经电流可以表示为：

式中通过I来表示系统线路参数，通过公式的电流计算可以得出结论，当K1发生故障时，由于短路，保护1的短路电流将不再受到光伏电源影响，正常工作，但保护2与保护3则会由于光伏电源的影响形成反孤岛，并与电网断开[2]。

■2.2 配电网络继电保护影响

在继电保护中，配电网络需要通过分布式光伏电源将馈线中间母线C进行接入，这使得在电路当中，发生三相短路故障时，容易造成短路电流和电源容量之间大小关系表现为继电保护故障。在图2所示的10kV配电网中，K1，K2、K3三相短路故障，分别出现在0.4sAB端、0.4sCD端、0.4sAE线路末端，故障持续时间均为0.2s，通过研究和比对可以看出，K1点故障对电流并未产生影响，K2点故障发生时保护3短路电流增大，从而出现瞬时电流速断保护动作，并将保护范围延伸至下一线路。K3点故障后，保护2短路电流先减后增，表明分布式光伏发电电源容量过小，致使反向电流朝负荷方向注入，且流经AB、BC反向，继而逐渐增大。

图 2 10kV配电网络

3.并网管理方式的实现

■3.1 运检安全

在分布式光伏发电系统进行并网时，一般会选择标准通讯接口方式，利用TCP/IP以及IEC60870–5104协议，进行光伏发电系统与配电网络之间的交互，从而实现一体化建设。在管理一体化中，首先应当具备并网安全评价、电能质量监测、状态实时分析的功能，配合模型分析，实现对非计划孤岛、反孤岛故障的信息整理，并为后续检修提供支持。

■3.2 计量监管

分布式光伏发电的并网安全管理还可以与电力系统当中的营销系统相互结合，通过营销系统的功能，对分布式光伏发电系统当中的关键发电数据进行提取，通过数据分析技术对光伏骗补用户进行识别，从而使计量内容更加规范，计量的监管也更加科学合理[3]。

■3.3 信息监测

为了实现因分布式光伏发电系统造成的配电网络安全故障的及时查看检修，需要运用数据库技术对光伏系统的建设规模、并网方式、系统拓扑情况进行具体的统计和整理，本文利用了B/S数据架构以及操作系统后台，实现了安全认证的消息总线之下，实时数据库和关系数据库的建设。在实际的发电工作过程中，数据库技术和操作系统可以利用数据架构实现远程数据的调阅，并为用户提供良好的交互体验，同时为决策者提供决策指标，服务与运行调度。以本文所研究的省级电网为例，该电网就已经采用了现今的故障分析系统，利用运行数据与数据库的对比，进行分析和故障诊断，从而为故障检修提供帮助。

4.结论

虽然光伏发电系统作为新型的情节能源在发电领域拥有十分广泛的应用，但是相较于离网型光伏发电，并网型光伏发电在并入之后，可能会由于系统中电源的特性造成短路和继电保护故障，本文在研究中通过建模的方式发现了这一点，并为今后配电网络的安全运行提供了并网管理的建议，大型电网可以领用信息系统对配电故障进行监测，及时处理。

＊ [1]黄宜林.分布式光伏并网管理的要点分析[J].能源与节能,2017,(08):91-92.

＊ [2]宋涛. 光伏电站接入对配电网保护的影响[D].华北电力大学(北京),2016.

＊ [3]崔红芬,汪春,叶季蕾. 多接入点分布式光伏发电系统与配电网交互影响研究[J/OL].电力系统保护与控制,2015,43(10)