分布式光伏发电系统对配电网电能质量的影响研究

张庆春

摘要：随着分布式光伏电源在配电网渗透率上升，分布式光伏对配电网稳定性和电能质量的影响日益增加。分布式光伏的接入改变了传统配电网潮流单向辐射状供电模式，在高光伏渗透率的配电网尤其是较弱的放射形链式低压配电网中，若系统轻载则容易发生潮流逆流，导致配电网过电压；云层遮挡等引起的光伏出力剧烈波动可能引起电压骤降、闪变甚至系统稳定问题。面对上述分布式光伏接入引起的电能质量问题，传统调压方式如有载调压变压器、电力电容器组等由于响应速度问题将失效。本文主要分析探讨了分布式光伏发电系统对配电网电能质量的影响情况，以供参阅。

关键词：分布式光伏发电系统；配电网；电能质量；影响

伴随着国家能源政策的推进，由分布式电源、负荷、储能系统以及控制装置组成的主动配电网（Active Distribution Network ，ADN）技术获得了发展。分布式电源的接入使传统配电网的辐射式供电结构发生改变，在工程实践中发现，容量较大的光伏发电系统接入配电网后往往引起配电网发生电压波动与闪变、谐波污染、电压越限等电能质量问题，给配电网电力用户带来经济损失，而且危害光伏并网系统的运行稳定性及附近无功补偿设备的安全性。

1分布式光伏电源对配电网电能质量的影响

1.1正面影响

（1）分布式光伏电源接入配电网可以实现能量的就地平衡，避免了远距离输电的投资和损耗。当配电网中关联负载较大时，分布式光伏电源能够迅速提供功率支持，提高了配电网带负荷的能力和系统稳定性。（2）通过合理配置储能装置和利用光伏并网逆变器的无功输出能力，可以使分布式光伏电源参与配电网电压、频率和稳定性调节。（3）利用光伏并网发电系统与统一电能质量调节器结构与控制上的诸多相似，将二者复合，可以降低配电网的设备投资，实现光伏并网发电、电能质量的综合治理、电力中断补偿。

1.2负面影响

分布式光伏电源的接入改变了传统配电网潮流单向辐射状供电模式。由于分布式光伏的输出功率具有随机性、波动性和不可调度特性，容易引起电压波动与闪变、谐波污染、电压越限等电能质量问题，给配电网电力用户带来经济损失，同时危害光伏系统的安全稳定运行。（1）高光伏渗透率的配电网尤其是较弱的放射形链式低压配电网中，云层遮挡等引起的光伏出力剧烈波动，可能引起电压骤降、闪变；通过对IEEE13节点系统研究证实了光伏渗透率高于40%后，多云天气等引起的电压波动将影响系统的稳定性。（2）高光伏渗透率的配电网中，光伏电源出力超过了配电网消纳能力后导致潮流逆流引起电压升高甚至过电压等问题限制了配电网的光伏渗透率。例如，当光伏电源出力较高而配电网轻载情况下容易发生潮流逆流导致过电压等问题。（3）分布式光伏发电系统中含有大量的电力电子开关器件，会对配电网产生谐波污染。尤其是当弱配电网中光伏电源渗透率较高时，还可能发生谐波的叠加甚至特定次数的谐波谐振，危害配电网的安全运行。（4）当电网故障或检修时，各分布式光伏发电系统可能与周围的负载形成一个孤岛供电系统。非正常孤岛可能给电力维修人员的安全造成风险，同时用户的供电电能质量也得不到保证。

2改善配电网电压质量的相关措施

2.1配电网侧的措施

1）在分布式光伏电源规划建设阶段，根据全年环境数据和负荷数据计算分布式电源最佳接入位置、最大允许接入容量四等因素。但该方案难点在于接入位置的选择受很多客观因素限制，并且容量规划很难兼顾分布式电源出力、负荷变化的随机性及二者不协调的情况，单纯依靠规划有时不能完全避免过电压问题。2）针对过电压问题，最直接的解决方案是增大导线的半径、减小线路阻抗，同时这也是最不经济的方案。3）通过改变有载调压变压器的分接头调节分布式光伏电源接入引起的电压波动，但此方案不能有效处理配电网末端电压越限的情况，同时频繁调节有载调压变压器的分接头可能会缩短变压器的使用寿命，而且目前大部分低压配电网没有配置有载调压变压器。4）并网点电抗器补偿方案，但是存在投切瞬间暂态冲击较大、响应速度慢、可能引起系统谐振等问题。5）安装D-STATCOM调控配电网电压，增加配电网中光伏渗透率，但这种方法一方面投资较大，另一方面对于有功功率过剩的配电网，电压控制效果会受到一定的影响。

2.2光伏系统侧的措施

在不改变配电网网架结构的前提下，有效管理含分布式光伏电源的配电网电压是保证配电网电能质量、推广分布式光伏发电技术的重要手段。根据并网点电压变化机理分析可知，利用光伏系统中的并网逆变器进行并网点电压控制成为可能的解决方案。目前在并网逆变器无功控制方面，德国研究人员提出了光伏并网逆变器恒無功功率控制、恒功率因数控制、基于光伏电源有功功率输出的cosФ（P）控制、基于并网点电压的Q（μ）的控制等多种标准化方案。这些方案各自有其优缺点：1）恒无功功率控制和恒功率因数控制。这两个方案控制简单，但灵活性较差，无论配电网是否发生过电压都会有一定的无功功率输出，增大了配电网的网损。2）基于光伏电源有功功率输出的cos州P）控制。光伏并网逆变器无功输出仅响应于有功出力，而未考虑配电网电压。当光伏有功出力较大，但配电网重载时，可能并网点并未发生过电压，但逆变器却有较大的无功输出，增大了配电网的网损。3）基于并网点电压的Q（μ）的控制。光伏并网逆变器无功输出仅响应于自身并网点电压，当配电网中有多个光伏电源接入时，某节点电压越限，可能其余节点电压并未越限，因此配电网总体调压能力不足。分布式光伏并网对电网造成不利影响的根本原因在于其出力的不可控性，因此解决配电网电压问题的另一个思路是控制光伏电源的有功出力。

3结束语

总而言之，含分布式光伏电源的配电网电压控制问题己经成为限制分布式光伏电源容量和渗透率的主要因素之一。探索电网友好型的分布式光伏发电系统结构和运行控制方法，尽量减小分布式光伏对配电网电能质量的负面影响，对推动分布式光伏发电系统在配电网的推广应用具有重要意义。

参考文献：

[1]李清然.分布式光伏发电系统对配电网电能质量的影响研究[D].华北电力大学.2016.

[2]李清然，张建成.分布式光伏对配电网电能质量的影响及调压方案[J].电力科学与工程.2015（10）.

[3]王卫卫，李可.分布式光伏发电及其对配电网的影响综述[J].电力学报.2017（12）.

（作者单位：国网天津市电力公司武清供电分公司）