分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案

刘鹏飞

摘要：现阶段，中国电力行业处于高速发展阶段，促进了中国经济发展，电力系统中的科技含量越来越高，尤其是光伏发电技术，充分引入了太阳能，减少了电力运行中的污染。作为一种新型的发电技术，光伏发电虽然属于绿色能源，但是比较容易受到周边环境影响。基于太阳能的发电主要包含两种途径，即在中高电压路径下接入输电网和以低电压线路为依托。在这两种途径下会出现电压越限问题，对配电网电压产生影响。因此，研究分布式光伏发电对配电网电压的影响及针对电压越限的解决方案具有重要意义。

关键词：光伏发电;影响因素;电压波动;解决方案

引言

并网型光伏发电系统与电力系统相连接，将光伏系统所发电能向电网输送，经输电、配电网络分配给用户。与独立型光伏发电系统相比，并网发电系统的优势在于：（1）光伏系统所发电能直接并入电网，节省了储能设备;（2）并网发电能有效改善电网供电质量、提高供电能力（3）并网光伏系统始终运行在最大功率点处，提高了发电的效率;（4）并网光伏系统不仅能够向电网注入有功功率，也可注入无功功率、谐波，能有效抑制电网谐波且补偿一定无功功率。

1光伏发电对配网电压影响的理论分析：

光伏发电的等效电路，当光伏电源注入系统功率改变时，会使线路上的电流产生的变化。光伏电源对配电系统的电压影响与3个因素有关：注入功率的变化、所并入系统的短路容量及分布式电源的功率因数。

光伏电池出功率输出是不确定的，与天气有很大关系，太阳能光伏发电的实际输出功率随光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，输出功率最大，夜间几乎无光照以后，输出功率基本为零。并且是非线性的，这种几乎完全依赖天气条件的发电方式，使得光伏发电注入功率具有不确定性，这是造成配电系统电压波动的主要原因。

通过10（6）kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电压偏差为相应系统标称电压的±7%。通过35kV～110kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电压偏差为相应系统标称电压的-3%～+7%;事故后恢复电压为系统标称电压的±10%。通过220kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电压偏差为相应系统标称电压的0%～+10%;事故后恢复电压为系统标称电压的-5%～+10%。通过330kV及以上电压等级接入公共电网的光伏发电站，正常运行方式下，其并网点最高运行电压不得超过系统标称电压的+110%;为了更好的解决光伏并网后配电网电压不稳定问题，我们将在下文详细阐述解决方案。

2分布式光伏接入配电网电压波动解决方案

目前解决电网电压偏差的主要方法有：接入点电抗器补偿、定功率控制、利用储能系统。下面将进行详细一一分析。

2.1接入点电抗器補偿

分布式光伏电源并网运行时，采用无功补偿与分布式光伏电源并网发电的复合式调节的控制技术，能够有效改善配电网电压分布。当分布式光伏电源正常发电并网运行时，可以根据配电网的电压调节要求，通过分布式光伏电源与SVC（静止无功补偿装置）补偿装置的复合式调节来调压。SVC可以动态调节无功功率。

2.2定功率控制

现在太阳能的研究热点是最大功率点追踪（MPPT）控制，但对于电压稳定控制，并不需要光伏电池提供其最大输出功率，而是希望光伏电池提供稳定的输出功率。光伏电池的功率取决于光伏阵列数量、光照、以及温度，所以无法从控制外部条件来实现整个光伏发电系统的功率控制，但是可以通过加装控制装置实现定功率控制。下面对控制方法进行详细阐述：我们可以采用变步长的直接功率反馈控制，这种控制方法是将实时的功率数据与所设置的输出功率数值想比较，用此差值改变BUCK电路的占空比，以达到定功率控制的目的。

直流电源由PV电池板提供，然后通过BUCK降压电路把电压施加在输出负载上，并实时采集负载两端的电压和电流，计算出实时功率，再经过控制电路的控制算法改变BUCK电路的PWM占空比，从而将输出功率控制在预设的数值上，最终实现调节电压的目的。

2.3安装储能装置

利用储能系统，光伏阵列保持最大功率输出状态，储能装置通过充放电维持系统功率的平衡，并且保持直流母线电压的稳定通过安装储能装置吸收光伏发电多余电能，并在夜晚或阴雨天气发出电能，解决光伏发电引起的电压越限问题。

最大功率点跟踪（MPPT）装置是保障光伏能源充分利用的必要控制环节，光伏电池阵列具有强烈的非线性特性，它的输出直接受光照、温度、负载等因素的影响，最大功率点跟踪控制可以保证光伏电池阵列在任何条件下始终可以输出相应的最大功率，储能系统是光伏并网发电系统的调节、控制环节，它在光照良好发电充足时将部分电能储存起来，再根据需要在适当时候释放这部分电能，起到稳定光伏电源输出和调节供用电平衡的作用。

定功率控制和安装储能装置方式需要大量投资，经济效益差，作为企业来说经济效益是放在首位的，因此不予以考虑，所以考虑经济效益较好的接入电抗器进行补偿。一般选择经济效益好的静止无功补偿器SVC。SVC安装在线路合适的地点分为两种情况：一种情况是SVC安装在分布式光伏电源并网点;另一种情况是SVC安装在其他需要通过无功补偿进行电压调节的节点（如线路末端等）。对于线路上已经安装了相应的无功补偿装置，考虑在并网点处安装。

结束语

总之，为了针对电压越限问题提出科学、合理的解决措施，将分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案作为主要研究内容，在对体系架构、配电网电压凸显影响进行分析的基础上，从阻止电压越限、构建储能发电体系等解决途径方面展开系统的探究。研究结果表明，现阶段中国配电网电压会受到不同时段电压、节点配网架构等的影响。在未来，还需进一步加强对解决电压越限等问题措施的研究，以此促进中国光伏发电技术的发展。

参考文献

[1]许晓艳，黄越辉，刘纯，王胜伟.家分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案[J].电网技术，2020，34（10）.

[2]胡芳.探讨分布式光伏发电的应用及影响[J].城市建设理论研究，2019（23）.