关于分布式光伏发电系统在配电网中接入方式探析

国网兰州供电公司 赵晓君

发电主要来源分为传统的火电、水电和近年来出现核能、风能、光伏发电等新能源。传统能源方式如火力发电虽可带来一定的电能产出，不过在其处理过程中会带来很多的污染，且在电能的输送过程中还会带来一定程度的浪费。分布式光伏发电系统具备了安装简单、能量传输损失较低、安全效果明显的优势，因此能在一定意义上有效解决局部地区的供电压力情况，并可很好地解决电力系统电压升高问题。

1 分布式光伏系统

1.1 分布式光伏系统接入配电网主要方式

在将布置式光伏管理系统接到配电网流程中，还应充分考虑投入流程中对二者所形成的环境影响。在分布式的光伏系统中，应达到连续平衡输出电流、电压的效果，以防止在输出过程中电流、电压的波动过大，破坏二者功能平衡。在利用逆变器处理电量时，应采用先进的技术手段以减少电量损耗，并提高电量转化率[1]。此外，由于在纳入供电系统的整个过程中还会出现事故产生，因此分布式光伏管理系统还应掌握故障监测技术，以防止意外事件的出现，并防止在纳入供电系统整个过程中出现短路或断线，甚至产生过低电流。

现阶段，在布置式光伏发电控制系统的计入配电网中一般有两类形式，依次是分散式连接和集中式连接。分散式接入适合于电流较小或个别客户连接供电；汇集型接入应用于负载范围较大，在连接设备过程中先利用逆变器的交流通道使电流完全集中到低压母线上，然后再通过升压装置提高低压母线电压，最后再通过回路接通母线，以便于为电源装置带来持久的稳压电流。二类接入方法均存在优缺点，在实际连接配电网过程中，应当针对实际具体情况选用恰当的连接方法。分散式由于对电流的需求较小，可直接接入。汇聚式接入对电流管理能力较大，可维持相对平稳的输出电压与电流，安全性更高[2]。

1.2 分布式光伏电源的并网运行特点研究与仿真内容

光伏发电网络一般包括两大类：一是单独光伏开发网络，二是光伏并网开发体系。单独发电装置大多用来缓解农村地区缺电问题，而光伏并网发电装置则因能并入现有的供电系统，因此变成对太阳能地区提供电力的最重要方式。据统计，目前全球的平均并网光伏发电装置比率已达到80%以上。美国在1997年发布“百万屋顶计划”，当年的太阳能发电量已增至3000MW，而政府亦透过减税等政策扶持其国内的光电工业发展，计划到2020年光伏发电总容量达到200GW。

并网光伏根据连接的形式和范围，又可分为聚集式光伏电站和分布式光伏电站。集中式光伏电站基本上是采用在荒漠区域充足得较为固定的太阳能资源，直接接入高压输电体系并网供应长距离的负载；而布置式光伏电站则基本上是为了就近缓解客户的电力困难，利用并网技术进行电能费用的补助和外送，由于普通单体电站容量较小，因此通常纳入低压配电网中。

分布式光伏水力发电并网控制系统的最大特征是所发电能全部安排在用户供电负荷上，而过剩或欠缺的输出功率则由接入设备进行控制，因此分布式光伏水力发电输出功率是不能调节的。当光伏发电能力总是超过载荷、或与水力发电时向载荷供水的能力不相同时，通常应设置为可逆流控制系统，以保持能量均匀，但由于有的反馈能力，对可逆流控制系统功率计算、维护的要求也很高；当光伏发电量总是小到或超过载荷的耗电量时，通常应设置为非可逆流控制系统，将光伏电源和电网电源并联向载荷供水。

1.3 配电网中接纳分布式光伏电源的能力设计

通常由于压力误差、电流波动性及就地消纳限制等条件的，典型变电所中可容纳分布式光伏电源的容积主要受公用衔接点处负载水平、负载波动性状况、负载功率因子、光伏供电效率因数等的限制；如公用衔接点处负载水平平稳，则可容纳的光伏供电容积很大：但如公用衔接点负载波动性很大，则公用衔接点处负载波动性和太阳能光伏发电系统功率波动性重叠，将在公用衔接点处形成很大的电流波动性，则变电所中可容纳光伏供电容积将大大降低；而针对于较小容量光伏供电或采用10kV馈电并上网的情形，馈线负载功率因数对光伏供电准入能力的作用较小，公共连接点母线负载较重，光电出力效率因数越靠近于l（超前或落后）、并网路径更短，也利于企业采用专线接受更多的分布式光伏电源。

2 分布式光伏发电系统的组成

2.1 系统组成

布置式光伏管理系统的组成主要是太阳能光伏组件、逆变器和电源系统，其中包含了太阳能电池组、逆变器、直流电缆系统等。随着光伏发电形式的不同，电力供应的组成成分也不同。太阳能电池通常分为集约型和分散型。集中式光伏设备是指在太阳能电池装置功率较大的情况下，通过将直流电源和直流电源的输出功率聚集到低电压母线上，利用交流变压器升到10kV，再通过特定的路径连接至变电站10kV母线及开闭所/环网柜等公用配电装置。采用集中式换流法接入的电池组数量多，适用于尺寸与型态一致的情况：各个面板位置倾斜、位置偏移及光照强度均相等。但因集中式逆变器的总容量很大，因此须确保控制区有一定空间以满足设备布置的要求。

2.2 并网方式

分布式光伏水力发电的并网方法主要包括全部入网、自发自用和利用余电入网三种方法。自发利用即俗称的离网运营，一般并不对配电网路产生影响，因为电能全部都是由使用者自己吸收，而这种运营方法通常要求安装蓄能池用来储备临时用不完的能量。但由于充电费用昂贵，所以其基本费用要比无充电站的价格高出一倍以上，且用户的电量也会受到能量储存的影响，价格也会相应降低，这并不是一件好事。

2.3 逆变器

分布式光伏发电系统中逆变器的作用，是将由光伏发电元件所形成的直流电转换为可被并入到电力分配系统中的交流电力。如：对光伏设备的运行状态、运行状态进行监测，当出现紧急情况时可随时断电，记录运行状态并将信号传送给控制中心。而反相器通常包括直升型和逆变桥型的地线。逆变器不但能控制并变化流量，且能控制整个光伏发电装置的工作情况。

3 分布式光伏发电系统并网后产生的影响

产生系统潮流。散布式光伏发电系统并网后将形成双线潮体系，造成功率消耗、电压降低。所以在并网时要针对散布式光伏发电系统技术参数实行潮流设计，以最大程度减少功率消耗，并增加能量转换率。传统系统的潮流计算方法在分布式光伏发电系统应用受限，考虑也不充分，使得结算结果偏差很大。故需采用新型潮汐计算方法以改善网络系统接入方法，从而减少了能量浪费。

系统电压。分布式光伏发电系统在接到配电网路时产生最大的改变便是负载上升，电流的上升将会造成整个分布式光伏发电系统负载出现很大变化，当系统无法接受极大电流变化时出现短接或通断的发生，最后造成整个供电系统发生问题。所以在并网过程中应减少负载变化发生，减少意外事件发生。

系统损害。分布式光伏发电体系在接入城市供电网后将会导致整个体系形成很大变化，在并网后又将对输配电网络路形成很大负面影响。一般情况下，由于配电网的全部装置均处于开放式结构，因此并网后将会使得整个内部结构形成巨大损失，从而破坏固有构造形式。

系统电能质量。并网时，当供电系统无功率损耗时电流也会出现较小波动，这是正常情况。但并网后，若配电网中接通较大电流时会造成大谐波影响，从而造成电流浮动浓度变大。特别是在集中式连接时，过高的压力给线路、整个供电系统带来很大负担，使得发电机、变压器等电气设备产生很大损坏。而在连续高压过程中会引起整个供电系统的各种器件产生很大发热，如不及时采取相应方法加以解决，会继续增加器件的损失。

4 应对措施

针对电压波动、越限处理措施。针对光伏供电引起配网接入点的电压偏移量超标的情形，最普遍的方法是在低压配电网络上设置稳压器等调压设备。对现场资料进行系统的剖析与理解，并对其运行规律进行研究，判断可能出现电压过点的时间和区域，再提出适当的调控对策，使负荷节点的电力偏移量控制在符合国家规定的范围内。

针对短路电流的处理措施。针对故障电压的解决方法，通常情况下对输出的电压变动进行控制。通过对有关数据的调研发现：通常情况下，PV开关供电的失效电压为正常工作状态下的2~4倍，时间为1.2ms~5ms。因为逆变器的热过载效应比较微弱，因此必须控制短路额定电流，在达到限制值后再断开线路，以保护内部元器件。而通过设计适当的控制策略，就能够减少光伏电源对事故点附近的故障设备输出电压的贡献电压。

针对直流注入的处理措施。从基本原理上来讲，对直流输入的处理方式主要包括电容隔直法和检测补偿法。电容隔直法的另一个应用领域是能通过屏蔽直流分量的逆变器，半桥逆变电路也是当中一个主要集成电路形式。在这种集成电路中，由于电容的阻尼作用，使输出的任意DC成分均能被自动地均衡，使直流电压的输入不会发生。除半桥逆变外，其它的集成电路也可用来解决直流分量的输出，只不过必须先要考量其输出功率、使用情况、经济效益等指标，然后再选择使用哪种逆变器。

综上，由于光伏并网发电系统大面积并网发电，光伏系统对国家电网的危害也将越来越明显，因此为了确保区域供电和光伏技术体系的安全运营，深入研究其对国家电网的危害就变得尤为重要。而分布式光伏发电系统接入配电网后，产生电压波动性和电流越限的最关键因素就是阳光辐照度的改变。当周围温度固定时间，太阳辐射强度愈高输出功率愈大、对电力系统的伤害愈大，而太阳照射强度愈小、对电力系统的伤害愈小。从整体上看，光伏发电系统的短路电流所占比例很低。