分布式光伏并网对配电网电能质量的影响

汤永进

摘要：我国针对现阶段经济发展与能源紧张之间的矛盾问题，提出了节能减排的口号，以此减少对不可再生能源的依赖，使用可再生的新能源进行生产运行与活动。我国的供电形势一直处于供不应求的状态，因此国家电网、供电单位提出了多方面的改进措施，例如西电东输、峰谷供电等，但是这仅能缓解部分供电危机，而采用分布式光伏发电技术，可以保证区域内所有用电群体的用电需求，确保人们可以顺利开展各项活动。基于此，本文对分布式光伏并网对配电网电能质量的影响做了简单的探讨，以供相关人员参考。

关键词：分布式;光伏并网;配电网;影响;措施

1 分布式光伏并网发电特征解析

光伏列阵功率输出会受到太阳光的照度、强度以及实时温度等不定因素的影响。在全年之内，会受到季节、日照时段、雨雪天气等自然条件的影响，从而表现出不稳定性和不连续性，最终影响电压波动，对公共电网产生冲击。通过逆变器，可以实现对分布式光伏并网频率以及电压控制。逆变器之中电力电子器件在日常的工作之中会产生谐波电流，进而对电网的安全高效运行带来影响。为了有效的遏制开关谐波污染电流，通过串联LCL型滤波器进行改善。但是滤波器本身也可能引发二次污染。当电网发生故障的时候，可能形成供电的孤岛，并且这一时段的频率不够稳定、电压波动较大，很难控制。负荷侧出现的电压波动与闪变会对用电设备造成影响;恢复供电或者是光伏并网瞬间，如果光伏的输出电压与公共电网电压不能够相互同步，就会有较大的冲击电流出现，对电网的稳定性带来影响。

2 分布式光伏并网对配电网电能质量的影响

与传统能源相比，并网光伏发电系统只在白天并网情况下输出有功功率，其利用效率比较低，而且分布式光伏发电基于天气情况的随机性、间歇性以及频繁投退等特性也会给电网带来运行风险。光伏发电设备中使用的电力电子转换装置也会给配电网带来大量的谐波污染以及无功损耗。如不考虑上述因素影响，光伏发电有可能导致配电网的供电质量大打折扣，对配电网的安全运行造成潜在风险以及不可挽回的后果。光伏并网能为系统提供电压支持，但是也会使配电线路有功、无功发生一定变化，随之而来的是系统潮流以及稳态电压的变化，会导致电能质量的下降以及网损的升高，对配电网的安全性造成严重影响。

配电网安全运行需要保证电压在允许正常范围内，从而确保良好的电能质量。配电网节点电压反映了该处无功的供需关系，电压偏差的根本原因是系统无功出现不平衡现象。无功不平衡容易导致电压超出正常运行范围，严重影响配电网的安全以及经济运行。当光伏渗透率超过最大运行允许值或者配电网系统轻载运行时，极容易出息逆功率现象，大幅度抬升该节点电压，导致配电网潮流和运行方式的变化，也影响了继保设备的动作正确率。分布式光伏系统由于经济性原因选址离负荷中心有一定距离，配电线路越长，并网线路各节点电压损耗就越大，电压畸变也会更加严重，也会使电能质量造成很大影响。

光伏发电主要受到太阳辐射强度和温度的影响，这些不可控且难以预测的因素造成了光伏发电的波动特性，也严重影响了接入的配电网的电能质量以及运行安全。当并网光伏输出功率的波动水平达到一定程度时，配电网电压也会随之发生显著波动，从而影响频率也会发生变化。当光伏系统正常运行时，太阳辐射强度因云层或者其他原因突然减弱，光伏逆变器随之进入轻载模式，对配电网注入大量谐波，引起电压正弦波形畸变，功率损耗增加。阴天期间，光伏系统只能提供较少的功率甚至无功率输出，机组将会停机脱网，频繁的启停机会对配电网造成很大冲击以及影响设备寿命。

3 分布式光伏并网接入配电网提升电能质量的有效措施

供电单位可以在并网之前，对于光伏电源以及各个接入点的电能质量进行综合性管理，应用在线监测手段对电能的质量进行检查，如果发现电压波动，或者大量谐波干扰，可快速采取措施，加强对电能质量的维护。

3.1 中心控制层

（1）电网调度的执行，在执行电网调度指令时，分布式光伏发电系统直接设定了逆变器的输出功率参考值。考虑到由波动性和间歇性存在与光伏列阵的输出功率之中，所以，就会有不匹配的功率存在于调度指令以及光伏电池的输出最大功率之间，利用超级电容器储能装置，就可以实现调节处理以及抑制。

（2）低电压穿越，当配电网出现超过10%的电压偏差的时候，就会紧急控制分布式光伏发电系统电压的问题。通过有功功率来削减处理容量之后，防范逆变器过流的问题出现。如果偏差处于10%之内，当有1%UN電网电压降低的时候，就会存在5%的分布式电源输出有功功率下降的情况。在将有功功率进行限制的时候，最大的可用容量就可以支撑无功电。

（3）对储能元件荷电状态进行调整，为了增强光伏发电系统的运行稳定性与可靠性，需要确保端电压处于合理的工作范围中，同时为了确保运行的持续性，应对其进行及时、有效的调整。若超级电容器的电压过低，可以使用充电的方式确保端电压获得提升。若端电压过高，就要将其中的电能放掉，避免超过标准值。因此可以使用恒功率的方式完成充电与放电操作，确保超级电容器中的能量形成良好的自我调节。

3.2 配电网的本地控制层

如图1所示，在配电网的本地控制层中，需要加强超级电容器与逆变器之间的配合度，还需要对相关结构进行有效控制：（1）电网侧结构的控制，其中包括配电网的调频、调压与调度;（2）逆变器结构的控制;（3）对超级电容能量进行调整与控制。做好这些才能确保分布式光伏配电网系统的正常、稳定运行。

3.3 仿真解析

（1）低电压穿越模式，在低电压穿越模式中，对配电网的电压波动进行仿真实验，对配电网的电压进行调整，需要满足直流母线电压的多种要求。分布式光伏系统运行在0.1～0.5s范围之间的功率会突然提升，在0.3s之前，会下降到0.8UN。若分布式光伏系统的电压小于0.98UN，无功功率就会通过逆变器的作用被注入至电网中，充分满足电压的需求。若电压小于0.95UN，就可以对分布式光伏并网的有功功率产生限制的作用，配电网电压的下降幅度与有功功率消减程度呈正比，还会将最大的可用容量作为基础，使逆变器成为无功电压的主要支撑。在对配电网进行压力调整的过程中，由于分布式光伏电源系统也在其中，可以将直流母线电压控制在800V，不会出现较大的偏差，从而将直流母线的电压稳定性能充分发挥。

（2）对超级电容器的荷电状态进行调整，在进行仿真实验时，若电压没有处于正常运行范围中，超级电容器就会使直流母线的电压获得稳定，还可以将自身的能量进行有效调整。若端电压较低，可以使用充电的方式对仿真实验过程进行调整，放电也是同样的处理办法。在光伏系统运行到0.1～0.5s时，光伏阵列的输出功率会出现突然的提升，在0.7～1.1s时，就会出现输出功率降低的现象，将恒功率60kW作为基础可以对超级电容器的充电过程进行有效控制。在超级电容器的端电压较低，可以将其调整在恒功率的充电过程中，就可以使系统的整体电压趋于稳定，不会超出电压的标准范围，还可以将电压的稳定能力充分发挥。

总之，光伏发电作为未来清洁能源的发展方向之一，特别是作为城市地区最具有投资价值实用形式。但是光伏发电由于自身的不稳定性以及调度要求，对接入公用配电网的电能质量产生一定的影响。研究和讨论光伏接入对配电网电能质量的影响能够有效避免有关的事故，使光伏发电更加高效更加稳定。

参考文献：

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