分布式光伏发电并网对配电网的影响分析

华能（苏州工业园区）发电有限责任公司 贾 环

煤炭作为不可再生能源，且其燃烧可对环境造成一定程度的破坏。但分布式光伏发电系统不一样。分布式光伏发电节约能源，减少煤炭资源的使用，同时对环境不造成污染、没有噪声，不需要燃料，符合当前经济发展的新局面[1]。但分布式光伏发电并网对配电网会造成多种影响，例如对其电网质量可能会引起谐波畸变、电压不稳定等问题。则需要针对具体问题采取相应的解决方案，以保证输电电网可以正常、安全、高效的运行。

1 分布式光伏发电的背景

太阳能作为一种可持续且无污染的资源，利用其发电可以满足当代国家的发展需求，也可以减少对煤炭资源的使用，从而起到保护环境的作用。分布式光伏发电的当前背景如下：

1.1 社会背景

大量煤炭资源的燃烧，在短期时间内虽对环境未造成多大破坏。但从长期效益上来看，这是一种不可取的方法。而且煤炭资源是不可再生资源，应当更加合理的利用。为了满足当前时代对于环境保护的迫切心情，清洁能源的需求在逐步增大。分布式光伏发电具有一定的社会支持，同时可以保护生态环境，实现生态效益、经济效益以及社会效益的统一。可见分布式光伏发电应用电网的发展潜力较大[2]。电网中接入大量的分布式光伏发电系统，在运行方式上会发生很大改变，在实际的操作过程中，各种安全问题就会成为分布式光伏发电并网对配电网的主要影响因素。

1.2 自我背景

分布式光伏发电利用太阳能进行发电，对于多余的电能可以转化为各种形式的能源供用户使用。为了分布式光伏发电得到有效利用，在使用发电系统组件产生的直流电之后，将继续转换为交流电进行二次使用。分布式光伏发电系统不产生噪声、没有空气污染、不排放废水、不需要燃料，最关键的是太阳能电池的使用寿命长，有太阳就可以发电，满足当前经济发展的需求。在我国政府的大力支持以及国家的对应帮助下，分布式光伏发电快速发展，具有较大潜力。但是，分布式光伏发电系统的规模比较小，若大量接入，将会对当前的配电网产生明显影响。随着配电网中接入的分布式光伏发电数量以及容量达到一定限度时，便会对配电网中各个方面造成相对应的影响。

2 分布式光伏发电并网对配电网的影响

分布式光伏发电并入配电网后，会造成多方面的影响。接下来将从配电网电能质量、配电网的规划、配电网的运行安全问题以及对配电网的继电保护方面分析对其产生的影响。

2.1 对配电网电能质量的影响

2.1.1 谐波畸变

分布式光伏发电采用的是电力电子转换器，谐波电流就会因此引入到配电网中，导致光伏发电系统的电压发生畸变。其影响发生畸变电压的大小取决于光伏发电使用的电力电子转换器的技术以及配置。同时，分布式光伏发电中配电网以及电抗的电容极容易引起谐振，从而将谐波畸变放大。

2.1.2 改变潮流方向

分布式光伏发电的接入位置和容量会影响配电网的电压分布。分布式光伏发电的容量越大，其输出的功率越高，接入的馈线节点电压上升的就越快，容易发生潮流导向，接入点处造成光伏配电系统电压的极大值。

2.1.3 电压波动和闪变

由于分布式光伏发电以太阳能作为主要能源，这使其受到太阳辐射、地理环境、温度等多种相关因素的影响，导致光伏发电输出的功率上下波动，具有不稳定性。而发电功率的不稳定波动会引起电力配电系统的电压波动，最终导致闪变。

2.2 对配电网规划的影响

根据分布式光伏发电对配电网电能质量中电压波动和闪变可知，分布式发电的电量具有不稳定性。为了以备不时之需，需要更大的电网作为备用。所以采用分布式光伏发电系统并不能减少建设和改造配电网的费用要求，同时，投资配电网建设改造的多少、以及系统网损的大小直接与光伏发电的效益相连[3]。采用分布式光伏发电后，配电网结构将从原来的单电源辐射状，转变为分散式多电源供应的结构。对于大量分布式多电源配电网，传统的配电网设计方法已经被淘汰，需要研究新型的计算分析和规划设计的方法供其使用。分布式光伏电源的大量使用可以减少一定的建设投资，用户也可以根据实际情况安装分布式光伏发电电源但实际地理位置若是不合理，或发生一些其他不可知事件，可能会导致配电网的网损增加，可靠性降低，也很难精确的对电力负荷的增长以及空间符合的分布情况进行预测。

2.3 对配电网继电保护的影响

2.3.1 对三段式过流保护的影响

在配电网发生故障时，分布式光伏发电的电源会产生故障电流。其产生与分布的地理位置、容量以及与其串联的电抗值相关。同时影响了电网线路中保护对故障电流的判断以及线路保护的灵敏性，可能会导致线路瞬间失去保护而误动作。这就使故障发生具体位置不能进行准确定位，也不能及时保护电网的输电线路。

2.3.2 对高压熔断器保护的影响

分布式光伏发电电源的接入改变了配电网之前的系统，变成了多端电源为用户提供电量的系统。这一改变影响了熔断保护，使得熔断器不能选择性地断开发生故障的电路。从而对配电网中相关输电线路造成一定影响。

2.3.3 对距离保护的影响

距离保护在一些重要的输电线路中，是一个不可缺少的常用保护手段。分布式光伏发电并入配电网后，相当于在距离保护的上游部分增添了一个新的分支。这就导致配电网中的输电线路缩小对其余线路的距离保护范围。

传统配电网中大多采用单电源和辐射状的网络结构，分布式光伏发电打破了这种结构，改变为分散式的多个电源供电的网络结构。在传统的输电线网中，潮流是单向流动的，并且故障的发生大都是瞬时间发生的。传统的配电网保护系统主要是根据继电保护的选择性，结合可靠性的原则，通过不同断路器与熔断器等等之间的共同配合，来实现对整个配电网的保护。而分布式光伏发电采用接入馈线的方式进行配网自动化，当某一未知部分发生故障时，该部分的主电源测端点和与分布式光伏电源连接的断电都会流过分布式光伏电源提供的短路电流[4]。所以，对于传统的故障定位原理而言，分布式光伏发电在并网的时候就很难应用。

2.4 对配电网运行安全的影响

2.4.1 对计量安全的影响

分布式光伏发电采用新的系统接入配电网，并在客户端安装了特殊的计量表。这可能会导致用户出现偷窃电量的可能，从而直接影响到计量电量的准确性以及配电网的安全问题。其中，一些不法分子可以利用并接电流和改接的方式窃电，导致电能表失灵，不能准确地读取用户使用的电量，最终会对电量的统计数值造成实际影响。在交流电输电过程中，如果出现负载的功率高于供电系统提供的功率，便会将用户用电和光伏电源进行交融。不法分子主要是通过线路改接来提高计量表所示的电流数值，伪造电量获取政府高额的电量补贴等等。这是一种犯法的行为，同时也会对国家电网的安全造成一定程度上的威胁。

2.4.2 对检修安全的影响

在多数情况下，分布式光伏发电采用的是用户侧并网。若在符合与处理平衡的时候，分布式光伏发电系统便会出现孤岛运行问题。分布式光伏发电系统通过一个断路器并入配电网，当系统发生故障时保护动作会迅速断开另一个断路器，但此时对应的分布式光伏发电系统的一个断路器，没有在一定时间范围之间断开，便会形成孤岛问题。如果在发生了孤岛问题的情况下，输电系统仍然向部分用户提供电量，就会对其人身安全造成影响。在对发生故障的电路进行检修时，检修人员可能会因为一些较为细节的小故障未及时得到解决，发生不可预料的事故。

2.4.3 对网损的影响

DG 的容量、位置、负荷量的大小和网络拓扑结构等因素都会对分布式光伏发电的网损造成影响。在负荷附近接入DG，当该点处的DG 发电量都小于配网点中全部负荷节点的负荷量时，配电网中所有的输电线路的损耗会减小；反之，当配电网中只要出现一个节点处的负荷电量小于该点处的DG 发电量时，就会导致处于配电网中的某些输电线路损耗增加，但是对于总体输电线路的损耗来说，它的损耗是变小的[5]。

2.4.4 对配电网电压的影响

分布式光伏电压并入配电网时，输电线路的电压会升高，若进一步升高，可能会出现电压越界的问题。在太阳能光照不足时，就会出现电源功率较低的情况，严重时会停止运行。

3 分布式光伏发电并网对配电网影响的应对措施

3.1 对配电网电能质量影响的的解决措施

有关配电网电能质量的影响涉及到三个方面，分别是：谐波畸变、改变潮流方向以及电压波动和闪变问题。为解决这些问题，需要抑制这三个方面带来的影响。首先，为防止谐波畸变，可以将逆变器并联在一起再运行，这样可以提高直流侧的容量，提高配电网的发电功率，有效地降低谐波畸变带来的影响。另一种方法是采用一种叫做有源滤波的技术。它是通过有无功率的共同配合、控制来降低影响的。此外，为了降低电压波动和闪变带来的影响，可以将分布式发电的无功补偿和有无功输出控制进行结合，并且进行无功调节，提高光伏发电系统的电压质量，从而达到降低电压波动和闪变影响的效果。分布式光伏发电的电压具有波动性，可限制其发电的容量，来提高分布式光伏发电并网逆变器的调节能力，将电压稳定在较小的范围内。

3.2 提高技术，更新设备

在对原来的技术参数、控制特性等研究问题的前提下，需要对光伏发电并网的电能质量、网损、计量以及应用规模等多个方面进行深入研究。提高相关技术人员的技术水平，更新分布式光伏发电使用的设施，可以进一步确保电网的准确性，让电网可以正常运行。

3.3 对配电网继电保护影响的解决措施

分布式光伏发电并入配电网之后，保护重合闸存在故障的地方会出现其电弧持续时间变长的问题。为解决这一问题，可以将重合闸的时延适当地进行延长处理。光伏发电测重合闸继电器应检同期，同时系统测应检线路应该是没有电压的，这是为了避免发生非同期合闸的安全问题。在实际应用过程中，用户可以根据自己需求来选择接入发电电源的数量。但以保安全，当分布式光伏发电并入配电网的容量超出了其所能承受的范围时，需要对保护的灵敏性进行校验，还要在电流保护的地方安装方向继电器。

3.4 降低网损的措施

网损主要与DG 的容量、位置、负荷量的大小等等因素有关。因此对分布式光伏发电并网的位置进行合理的规划，科学的计算并分布电网并网的容量，可有效降低网损。分布式光伏发电具有容量小，数量多的特点。小容量的分布式光伏发电并网时，光伏接入点的距离母线的距离与网损成反比。所以实际运行过程中，尽可能的保证在输电线路的末尾处，分布式光伏发电的设备所接入的容量小于负荷功率需求，此时光伏接入的容量越多，网损就越小。因此，可通过控制其来降低网损的大小。

综上，分布式光伏发电对太阳能进行有效利用，不燃烧煤炭，且不污染环境，符合当前经济的需求。但将分布式光伏发电的电源接入配电网之后，对电能质量、继电保护等方面均会产生一系列的影响。需要专业的技术人员掌握更先进的相关知识，结合先进的机器设备，进行多次研究对并网位置、并网容量等因素进行合理规划，保证中国电网可以安全运行。