发展分布式光伏发电面临的问题

郑丽平，匡洪海，丁晓薇，汪宝

（湖南工业大学电气与信息工程学院，株洲 412007）

发展分布式光伏发电面临的问题

郑丽平，匡洪海，丁晓薇，汪宝

（湖南工业大学电气与信息工程学院，株洲 412007）

在煤炭资源紧缺的时代，开发和利用环保、可再生资源是未来社会持续发展的基本要求。分布式光伏发电作为一种新型的能源，在未来它的发展前景光明。本文简要概述了我国分布式光伏发电的发展现状，总结了分布式光伏发电系统存在的问题，重点介绍了分布式光伏发电并网对电力系统电压稳定性影响的研究现状。最后阐述了分布式光伏发电的应用前景，为分布式光伏电源并网提供了参考。

分布式光伏发电系统；并网；电力系统

0 引言

我国是世界最大能源生产国和消费国，传统能源生产和消费模式已难以适应当前形势。在倡导建设资源节约型、环境友好型社会的同时，推动分布式能源革命势在必行、刻不容缓。从太阳能发电的优点来看［1］，发展分布式光伏发电是节能减排的重要途径之一。

我国有76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀，全年辐射总量为 917～2333kWh/m2，理论总储量为147×108GWh/a，资源优势明显［2］。因此，分布式光伏发电［3］终将成为集中供电不可或缺的重要补充。

本文简要概述我国分布式光伏发电的发展现状和分布式光伏发电系统存在的问题，介绍分布式光伏发电并网对电力系统电压稳定性影响的研究现状。最后指出分布式光伏发电的应用前景。

1 我国分布式光伏发电发展现状

当前，我国光伏产业的发展面临巨大挑战［4］，尤其是在我国光伏产品经历欧债危机和遭遇欧美的“双反”之后，光伏产品在国外市场持续低迷。国家为了推动光伏发电产业持续健康发展，出台一系列支持、鼓励太阳能光伏发电的政策。

2009年，我国启动了“金太阳”工程和光电建筑示范项目［5］，中国的分布式光伏发电得到了迅速推广。

2015年11月，中电国际首个分布式光伏发电项目——洛阳一拖6MWP分布式光伏发电项目实现了“自发自用，余电上网”的分布式光伏发电模式，这对分布式光伏发电的推广起到积极的作用。

我国分布式光伏发电虽然比日本、美国、欧洲等发达国家起步得晚，但是在相关政策的激励下，我国分布式光伏发电发展的新阶段即将到来。2010年，全球太阳能电池年产量1600万千瓦，而我国光伏电池产量达1000万千瓦［6］。虽然我国光伏发电总装机容量大，但分布式光伏发电所占比例却非常小。根据国家能源局最新公布数据，到2015年6月底，全国光伏发电装机容量达到3578万千瓦，其中，光伏电站3007万千瓦，而分布式光伏发电只占总装机容量的16%不到。1-6月全国新增光伏发电装机容量773万千瓦，其中，新增分布式光伏装机容量只有104万千瓦。

2 分布式光伏发电系统存在的问题

分布式光伏发电环保效益突出，是我国现在乃至未来重点推广发展的电力生产方式之一。近年来，光伏发电技术发展迅速，加上政府大力推出相关政策，使光伏发电不断从大规模集中开发向分布式模式发展。但是，在分布式光伏发电推广的过程中还存在一系列问题，使光伏产能利用率并不高。

2.1 分布式光伏发电系统应用面临的问题

一是资源问题。屋顶资源是目前分布式光伏发电发展面临的主要问题之一。中国屋顶资源虽多，但满足面积大、结构好、承重强的优质屋顶资源稀少。由于屋顶的承重和结构都是预先设计好的，所以不是所有的屋顶都符合电量自发自用90%以上的条件，这也阻碍了家庭分布式光伏的推广。

二是项目融资问题。一方面，在实际操作过程中，企业普遍存在对电站分享收益积极性不高、怕麻烦的心态，且企业继存的问题导致屋顶光伏发电系统存在一定的不确定性，也在很大程度上影响了投资者的信心。很多企业内部程序多、手续复杂，这也导致分布式光伏电站建设的推进速度缓慢。另一方面，对投资者而言，开发分布式光伏发电收益风险较大。在“脱硫标杆上网电价+补贴”模式下［7］，如果用户的用电需求出现萎缩，发电方只能选择余电上网，那么其整体收益会大大缩水。构建长期、稳定、低成本的融资渠道是分布式光伏发电发展壮大的重要前提，投资和收益的不成比例使得融资一直缺乏吸引力。

三是政策问题［7］。尽管近年来国家多次对分布式光伏发电给予政策支持，部分地方政府也出台了各自的补贴政策，但由于审批程序繁琐、度电补贴政策不明朗、监管不力、自有屋顶产权较少等因素，分布式光伏电站仍未能得到很好的推广应用。

2.2 分布式光伏发电系统并网对公网的影响

光伏发电系统可分为离网型和并网型［8］，不同的并网方式对公网的影响各不相同。离网型的分布式光伏发电对公网没有影响；并网型的分布式光伏发电会造成电压波动。并网且向电网输送功率的并网方式，还会影响继电保护的配置。以下主要分析并网型分布式光伏系统对公网的影响。

一是对电网规划的影响。分布式光伏发电系统并网后会加大了其所在区域的负荷预测难度。分布式电源的接入改变了既有的负荷增长模式，这不仅使配电网的改造和管理变得更为复杂，还给电网的规划设计带来不利的影响。

二是对电能质量的影响［9-10］。分布式光伏发电的接入改变了馈线上的电压分布，由于接入的电源点比较分散，规模又比较小，这在很大程度上加大了电源协调控制的困难，对电网的电压稳定和频率安全等方面都造成了一定的影响［9］。通过逆变器［9］接入电网的分布式光伏发电系统的开停机以及发电站补偿电容器投切都会对电网带来谐波污染，进而影响电能质量。在分布式光伏发电系统并网接入后，电网的电压波动与闪变次数增加，常规电源对电网的调控能力也会相应减弱，这对于电网的安全稳定运行控制是极为不利的。

三是对继电保护的影响。我国当前的电网大多为单电源放射状结构，多采用速断、限时速断保护形式，不具备方向性。分布式电源并网后，其注入功率会使继电保护范围缩小，降低电网正常运行的可靠性，在其他并联分支故障时，会导致安装在分布式光伏发电上的继电保护发生误动作。

四是孤岛故障。孤岛故障［11-13］会对电网的运行造成许多的危害，首先是危及电力线路维护人员的生命安全，其次是在一些特殊情况下断开供电时会损坏用电设备，在电网恢复供电瞬间并网发电系统电压的相位与电网电压相位不同步而产生强大的电流冲击。

3 分布式光伏发电并网系统电压稳定性研究现状

电压是衡量电网电能质量的重要指标，因此，改善光伏发电并网系统电压的稳定性是光伏发电系统研究的主流。目前，分布式光伏发电并网系统电压稳定性研究现状如下：

文献［14］根据光辐射和光伏输出的关系搭建了光伏出力的数学模型，再根据日辐射曲线描述光伏发电系统一天的出力情况。通过日辐射曲线来计算一天的动态潮流。最后指出光伏容量受限是由于光伏接入点电压升高。

文献［15］研究了分布式光伏发电并网在注入有功基础上进行相应无功补偿，在考虑光伏发电有功功率对线路电压分布的变化的同时考虑光伏发电注入功率与无功补偿对配电网电压变化影响；在考虑网络损耗对光伏的接入位置、注入容量的同时研究网络损耗与电压值对分布式光伏发电并网影响规律。改进后的理论应用于实践中，大幅度提高了线路各节点电压，改善了电压质量。文献［16］分析了光伏分布式电源接入配电网后，配电网对其接纳能力及光伏并网后对配电网电压降落的影响。并结合实际情况通过计算来选择光伏接入配电网的最优位置。

文献［17］运用PSCAD软件构建了一个分布式光伏发电系统仿真模型，分析了负荷增加、光照强度突降、环境温度增大以及负荷母线发生短路故障等扰动对负荷电压稳定性的影响。并指出，当负荷电压接近电压稳定限定值正常运行时，光照强度突降会使负荷母线电压失去稳定；温度变化对负荷电压的影响甚微；短路故障消除后负荷母线电压则能够快速得到恢复，不会导致电压失稳。文献［18］考虑了天气类型、大气温度和太阳辐射强度等因素的影响，对光伏发电系统的短期输出功率预测进行了探索研究。并基于现有预测模型成果，提出了一种改进预测方法。

文献［19］根据广义负载概念建立光伏发电并网系统电路模型，研究结果表明电压波动与广义负载功率波动、功率因数、接入配电网电压等级的关系较大，并指出提高电压稳定性的方法。

文献［20］基于MATLAB软件搭建了单级式并网光伏发电系统与TCR+FC型静止无功补偿器模型，通过设置电网侧发生各种类型故障，仿真分析比较静止无功补偿器 投入前后故障点暂态电压恢复特性，以此来增加并网光伏发电系统连接地区电网暂态电压的稳定性。文献［21-22］提出了通过改善系统结构，加强系统联系，以提高电压稳定性的措施。

基于以上研究现状，指出通过提高并稳定光伏发电并网点负载功率因数来改善分布式光伏发电并网系统运行效果。并且需要在光伏并网系统中增加储能元件来保证系统电压的稳定性，以达到持续稳定地输出电能。考虑釆取无功电压控制方法来改善并网点的电压稳定性，以提高电网接纳光伏能力。基于文献［20］提出的采用TCR+FC型静止无功补偿器的方法，考虑采用TCPC（并联补偿）的无功补偿技术来改善光伏并网系统电压稳定性，并将与SVC补偿法作出比较。

4 结语

随着传统能源消耗量的迅速增加以及环境污染问题日趋严重，充分利用太阳能发电是可持续发展的重要措施。虽然分布式光伏发电并网系统还存在一些问题，但是分布式电源技术日趋成熟，国家政策大力支持，分布式光伏发电的应用范围在不断的扩大。从长远的发展角度来看，分布式光伏发电作为集中供电不可或缺的重要补充，必将成为我国未来能源领域的一个重要发展方向。

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The Problems of Developing Distributed Photovoltaic Generation

ZHENG Li-ping， KUANG Hong-hai， DING Xiao-wei， WANG Bao
（College of Electrical and Information Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou 412007）

In the time of the shortage of coal resources， the development and utilization of environmental protection and renewable resources is the basic requirement of sustainable development in the future society. Distributed photovoltaic power as a new kind of energy， it has a bright future. In this paper， the current situation of the development of distributed photovoltaic power generation in our country was described in brief. The problems of distributed photovoltaic power system were summarized. The current status of the influence of the power system voltage stability from grid-connected PV systems was introduced emphatically. Finally， in order to provide reference for the application of distributed generation， the application prospect of the distributed photovoltaic generation was pointed out.

Distributed photovoltaic generation system；Grid-connected；Electrical system

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.09.003

ZHENG Li-ping， KUANG Hong-hai， DING Xiao-wei， et al. The Problems of Developing Distributed Photovoltaic Generation［J］. The Journal of New Industrialization， 2016， 6（9）： 18-26.

郑丽平，匡洪海，丁晓薇，等.发展分布式光伏发电面临的问题［J］. 新型工业化，2016，6（9）：18-26.

国家自然科学基金项目（51077045）；湖南省自科基金项目（2015JJ5009）；湖南省教育厅科研项目（15C0395）；湖南省教育厅开放基金项目（15K036）

郑丽平（1991-），女，硕士研究生，主要研究：方向分布式发电并网；匡洪海（1972-），女，教授，主要研究方向：分布式发电技术和配电网停电管理；丁晓薇（1992-），女，硕士研究生，主要研究方向：分布式发电与配电网；汪宝（1992-），男，硕士研究生，主要研究方向：新能源发电并网。