分布式光伏发电系统接入电网的设计要求分析

廖彬

（广东南海电力设计院工程有限公司　广东佛山　528200）

1　引言

近年来，我国为了解决能源短缺问题，降低因对资源的过度开发造成的环境污染问题，大力推广节能减排和新能源的开发。作为节能环保的可再生新能源，光伏发电的应用日益广泛。通过将太阳能转化为电能，不进降低了对环境的污染和资源开发，而且具有较高的经济效益。因此，研究分布式光伏发电系统接入电网的设计技术具有重要的现实意义。

2　分布式光伏发电系统组成

2.1　太阳能电池组

现阶段，常见的太阳能电池组由结晶硅构成。当结晶硅在太阳的照射下，在硅材料上形成与其类型相反的掺杂层，出现较大面积的PN结，并在PN结周围形成光生电压。在太阳能电池的P端和N端引出连接到负载上，就会形成电流流通，实现了太阳能往电能的转化过程。

2.2　蓄电池

作为分布式光伏发电系统的储能设备，蓄电池主要是将太阳能电池转化的电电能进行储存，并当因一些外界因素影响（例如连续阴天、雷雨季节）导致太原能电池发电量不足时，可以将储存的电能进行释放。一般情况下，在进行分布式光伏发电系统的蓄电池选择时，会结合当地实际情况，在确保蓄电池安全可靠的情况，选择相对经济且符合系统要求容量的产品。

2.3　充电控制器

通过设置充电控制器，可以有效的保护蓄电池的性能，降低过充放电对蓄电池的危害。它可以对太阳能电池组输送给蓄电池的电流和电压进行控制，也可以对蓄电池对负载的输出电压和电流进行控制，从而达到对蓄电池的充电和放电进行控制的目的，最终保护蓄电池的性能和使用寿命。

2.4　逆变器

由于太阳能电池组转化的电能为直流电，只有对直流电进行一定的处理，才能将其接入到电网当中，投入使用。通过设置逆变器，可以实现对直流电的控制、检测和保护作用。当逆变器接收到来自于太阳能电池组的滞留电流和电压等信号时，根据分析和处理，向驱动号主电路发出控制信号，将直流电转化为正弦波电流，实现了分布式光伏发电系统的并网发电。

3　分布式光伏发电系统对电网的不利影响

由于分布式光伏发电系统存在一定的技术特点，接入电网后会对电网系统产生一些影响，因此，在进行接入电网设计过程中，必须着重注意降低和杜绝以下因素的影响。

3.1　对电压的影响

当分布式光伏发电系统的电源接入到电网之后，会减少馈线上的传输功率，从而提升了馈线相关负荷节点的电压，甚至会导致出现一些节点的电压产生偏移超标的问题。此外，由于随着太阳光辐射强度的变化，光伏发电系统的发电量也存在一定的差异，这会引起电网线路的电压持续处于波动状态，影响供电系统电压的稳定性。

3.2　对电流保护的影响

在分布式电网中，光伏系统处于保护电路的下游，而产生故障的短路点处于保护电路的上游，这时光伏系统会对电流的保护产生影响，会导致短路点出现较大的短路电流，从而使得出现保护无动作，引起系统跳闸的问题。

3.3　注入谐波电流

由于分布式光伏发电系统中逆变器在进行工作过程中，会因为电子元件的作用产生一定的谐波。当分布式光伏发电系统接入电网后，这部分谐波会跟随着电能进入到电网当中，对电网造成一定的污染。

3.4　孤岛效应

当分布式光伏发电系统接入电网后，可能会产生孤岛效应，从而引发以下安全问题：

（1）影响相关电网检修人员的人身安全。

（2）会影响电网供电的质量和稳定性，造成用电复杂设备因电压不稳定产生烧损的问题。

（3）当电网恢复正常时，因相位不同步的问题，在电网中引发较大的电流冲击，影响相关人员和设备的安全。

4　分布式光伏发电系统接入电网的设计分析

根据电网相关要求，对380V和10（20）kV电压等级接入用户侧的接入分布式光伏发电系统，（如图1～2）下面将针对相关技术要求进行分析。

图1　分布式光伏系统通过用户配电房及10（20）kV专线接入电网

图2　通过用户0.38kV配电箱及10（20）kV专线接入电网

4.1　接入电压等级

当分布式光伏发电系统并网过程中，并网点处的电压超过规定的范围时，应严格按照规定要求停止分布式发电系统的送电。例如：如果并网点此时的电压在额定电压的85～110%之间，电网正常运行，如果超出这个范围或者低于这个范围，应在0.2s内停止进行分布式光伏发电系统的供电行为。在进行分布式光伏发电系统接入电网时，应结合当地供电线路的实际情况，以及光伏电站的安装容量，统筹分析，综合考虑接入电压等级电网的相关技术要求，如配电容量、电能的质量等，接入电网电压等级要求如下：

（1）对于不超过1000kW的接入容量，应按照380V的接入电压等级；如果超过了1000kW的接入容量，则应按照10kV的接入电压等级。

（2）同一客户的380V接入电压的接入点数量应低于5个，且接入总容量应低于5000kW。

（3）当采用380V的接入电压等级时，相关的单台10/0.38kV专用变压器的分布式光伏发电总量应低于配电变压器容量的85%；且相对应的单台10/0.38kV公用变压器的分布式光伏发电总量应低于配电变压器容量的25%。

4.2　电能质量监测要求

由于在电网中接入分布式光伏发电系统，会对电网的电压产生影响，引起电压的波动和闪动等问题。为了降低这一影响，应在设计过程中，设置电能质量检测装置。当分布式光伏发电系统接入电网后，对相关PCC点的电压相关数据进行在线实时检测，查看是否满足相关标准规定要求。例如：电压偏差、并网点频率、相电压、电压波动和闪变以及三相不平衡等，关键的指标要求如下：

（1）接入电网时，供电电压的偏差不得上下浮动超过7%。

（2）分布式光伏发电系统在接入电网时，为了确保系统稳定且正常运行，对于并网点的频率要求应控制在49.5～50.2Hz；如果出现频率范围不符合分布式光伏发电系统正常运行的问题，应确保逆变控制器可以在0.2s内切断分布式光伏发电系统的输电工作。

（3）当分布式光伏发电系统在接入电网时，会导致连接点的电压产生浮动变化，在设计时，应注意此处电压的浮动不能超过3%。

4.3　防逆流控制

常见的防逆流控制可以分为以下方式：

（1）通过防逆流控制器对并网点的相关电流和电压数据的采集，如果出现逆流问题，其可以及时的控制逆变器的输出功率，最终实现对逆变器的关闭，从而降低因逆流产生损失。

（2）通过防逆流控制器对并网点的相关电流和电压数据的采集，当并网点出现逆流问题时，防逆流控制一次性将所有的逆变器进行关停，来对逆流进行控制。

（3）通过防逆流控制器对产权分界点的电流和电压数据进行采集，如果出现逆流问题，其可以及时的控制逆变器的输出功率，最终实现对逆变器的关闭，从而降低因逆流产生损失。

4.4　防孤岛效应

孤岛问题的产生，会对电网系统的相关设备和工作人员带来巨大的安全隐患。因此，在进行联网过程中，为了有效的避免孤岛对电网系统产生影响。通过设置具有孤岛检测能力的逆变器，其能够自动检测到孤岛问题后，快速的切断分布式光伏发电系统与电网之间的输电连接。

5　结束语

随着科学技术的发展，人们对新能源的开发力度越来越大。作为重要的新能源，太阳能在生活中应用越来越广泛。通过将分布式光伏发电系统和电网系统进行衔接，研究分布式光伏发电系统接入电网过程中存在的问题，并采取相对应的措施，实现了新能源的高效利用，推动分布式光伏发电在我国电网中的持续发展。