分析光伏发电接入配电网的可靠性以及现状、展望

郑林钧

【摘  要】在世界能源匱乏的情况下，新能源的出现得到各国的认可与支持。在所有新能源的研究当中，太阳能能源受到电力研究者的广泛关注，不仅具有能源丰富性和可靠性优点，而且不能在使用过程中造成环境污染。光伏发电经过多年的研究已逐渐得到应用，并在新能源产业开发的过程中占据重要的位置。

【关键词】光伏发电;配电网;可靠性;现状;展望

引言

智能电网拥有可再生能源发电系统，能结合电力网络和信息，对光伏发电的合理接入有促进作用。光伏发电具有间歇性，可影响配电系统的结构与运行，从而使得光伏发电接入配电网的可靠性变得复杂，需要考虑持续供电的问题。本文通过分析光伏发电接入配电网的可靠性以及现状、展望，为以后新能源研究提供依据。

1配电网的发展以及现状

我国传统的主要用电形式是单向的“发电-配电-用电”形式，常见的配电模式有几种，分别是不同母线环式模式、单电源辐射模式、不同母线的三回馈线的环式。在我国配电网的构架中，仍大面积存在传统的配电网模式，但其模式存在很多问题，随着智能电网国家战略的推行与实施，在配电网的控制策略和分布式电源优化规划取得较好地研究成果，配电自动化水平得到较大提高。国外配电网技术也进行相应的改革，配电网由被动配电网向ADN发展，为了跟上世界先进技术的脚步，ADN将成为我国智能配电网研究的重要方向之一[1]。

1.1光伏发电接入配电网的方式以及特点

光伏发电接入配电网的方式有三种，具体如下：（1）配电网作为备用电源。配电网既能在光伏发电功率不足或者负荷较大时补充其功率，也能在功率过剩时注入富余电量，这种接入方法满足了配电网的供需平衡。（2）光伏系统作为备用电源。光伏系统在配电网出现故障时投入运行，由光伏发电电容量和启动时间确定其供电范围与故障停电时间。其缺点是投资成本较高，受光照资源的制约，供电范围不大。（3）光伏发电并网运行。在配电网主电源或者线路出现故障的情况下，原配电网能够为部分负荷供电;由于光伏系统输出功率不稳定，在配电网的支持下，降低供电可靠性影响[2]。

2光伏发电接入配电网的可靠性计算

2.2光伏电源的可靠性计算

光伏电源可靠性三状态的概率由式（1）计算，Pn是光伏发电系统处于个状态的概率，Tn是光伏发电处于各状态的时间，T是统计时间，：

Pn=Tn/T（n=1，2，3）  （1）

光伏输出功率随时间变化，将光伏发电连续工作时间分为多个间隔相同的时间段，根据其输出功率和负荷需求因素选择确定时间段，其输出功率与孤岛内负荷需求在确定时间段近似保持不变，如表1和表2，将两者进行比较判定是否形成孤岛，如形成孤岛，就按形成条件分析可靠性，如不能形成孤岛，则按没有光伏电源对待;最后采取确定时间段的供电可靠性指标的平均值，计算出配电网的平均可靠性指标。

3光伏发电接入配电网的影响

3.1对配电网规划的影响

电力预测在一定程度上提升了难度，同时提高配电网规划的不确定性，降低设备的使用率和利用率，使配电网规划适应性要求变得更高。

3.2对电网运营的影响

将电力输送到各个用户是电网的主要作用，对较长时期的潮流分布有很好的适应性，可同时兼顾供电的经济性和可靠性，提升设备的使用率。对于电网潮流的分布情况，光伏发电的接入会有直接的影响，从而减轻一部分设备的负载，变低其利用率。

3.3对电网运行的影响

（1）将光伏电源与配电系统相接入，电网的电压可以降低线路电压的损耗以及提高系统节点电压。（2）光伏电池在输出电能时，电能的质量能够通过逆变器最大功率点跟踪已输出的有功功率，以单位功率因数的形式向电网供电。对光伏并网的谐波产生影响的相关因素包括并网的控制方法、直流测电容的选取、逆变器开关的频率、电容取值以及交流侧滤波的电量等。同时，电网断电时，光伏发电系统和周围负载极有可能出现自给的供电孤岛，这些供电孤岛会影响区域内的供电频率和电压，降低电能的质量。（3）当对光伏电站上游进行保护时，都会出现逆流现象，逆流现象会导致继电保护对上游和下游故障到达整定值时没有选择性。当光伏电站被接在保护的上游，保护的下游就会出现故障;光伏电站具有一定的助增效果，使保护范围和灵敏度增加，当助增效果足够大时，电流速断保护能够升入到与其相邻的下一级线路，保护丢失选择性;当光伏电站进行下游保护时，光伏电站下游会出现故障，为保护电流，流过量会变小，其保护范围对于有限电流速度断保护有可能达不到全线。（4）光伏发电接入电网后，系统暂态的稳定性与同等容量的同步机相比，电网的总功率频率特性系数会影响频率波动性，导致系统频率出现失稳状态。（5）由于馈线分开段开关不会移动，馈线和自动化开关间失去可协调性。馈线末端与光伏电源相接，持续的电流会影响分开段开关附近的接入点，导致失压后不会分闸，故障点不能有效的分离和鉴别;重合器也出现误动情况，馈线末端与分布式电源接入时，电流因故障的出现导致故障，重合器也出现误动现象;光伏电容较大时或者出现故障，电源户能较快脱离电网，会对传统电网的自动故障监测和定位等不适应，导致短路容量小的系统[3]。

3光伏发电接入配电网的展望

3.1光伏储能技术

光伏发电接入配电网具有不可控性、波动性和随机性的特点，会影响配电网的安全和稳定，故引入储能技术是很有必要的。充放电功能灵活的储能设备能够平衡和抑制功率波动情况，较好地削峰填谷和电能分配。储能设备接入后，仿真分析可靠性模型和储能充放电的特性，对比其接入点和不同容量，能够看出接入配电网的最佳方式就是光伏储能[4]。

3.2光伏发电接入交直流配电网

配电网接入大规模光伏，会给结构使用性带来挑战，研究发现直流配电网对潮流具有较好地控制能力，使其闭环运行，接入过程更加简洁，电源装置的复杂性也相应变小，只需要合理选择母线电压。

结语

综上所述，中小型光伏发电接入配电网是我国电网未来大发展方向，其具有分布较广，容量较小等特点，直接影响配电网的规划、运行以及电网的整体运营，因此对光伏发电接入配电网的可靠性以及现状、展望进行研究是很有必要的，研究人员应严格遵守相关规则，建立管理措施，促进我国电力事业的发展。

参考文献：

[1]王鹏，陈旦，周霞.中国2017年度供电可靠性现状分析与展望[J].中国电力，2018，51（8）：1-7.

[2]吴驰凯，唐可伟.太阳能光伏发电系统可靠性分析[J].中国设备工程，2018.1（6）：213-214.

[3]陶琼，王德顺，叶季蕾，等.考虑储能配置模式的多数据源融合分布式光伏发电并网接纳分析方法[J].高电压技术，2018，44（4）：1093-1098.

[4]张鹏飞.光伏电站接入配电网对馈线继电保护影响的研究[J].自动化应用，2018.1（1）：109-110.

[5]熊小萍，杨露，李宁，等.基于仿射最小路法的含分布式电源配电网可靠性分析[J].电力系统自动化，2017，41（17）：43-50.

（作者单位：上海正泰电源系统有限公司）