分布式光伏电源接入配电网方式的研究

吴蔚妍（国网福建南安市供电有限公司）

分布式光伏电源接入配电网方式的研究

吴蔚妍（国网福建南安市供电有限公司）

随着社会和经济的高速发展，社会各界对于新能源的开发利用表现出了迫切的愿望。国家也出台了一些对新能源利好的政策，越来越多的分布式电源开始被接入公用电网。然而，随之而来的电网总体负荷平衡问题对配电网的安全运行又形成了严重的影响。本文从确保配电网安全运行的角度出发，为消除新能源的接入对配电网的不良影响，从分布式光伏电源的概念与类型入手，对分布式光伏电源的接入方式进行了探讨，并针对其对配电网的影响提出了相应的保护措施。

分布式光伏；配电网；接入方式；影响

随着国家对节能减排工作的重视程度的进一步加深，越来越多的分布式发电设备被接入配电网系统。作为一种并网发电形式，分布式光伏电源的应用领域主要在中、低压配电网络中，在接入公共电网或离网运行时，一般处于10kV等级及以下电压。分布式光伏电源在对公用电网进行能源补充、提高经济效益的同时，由于其本身具有对一次能源不可控的特征，因此如果没有配备电能存储设备，会出现随机性及波动性的发电，这对电网的安全运行和管理造成了严重的影响。因此，为保证分布式光伏电源安全的接入公用电网，需对其接入方式和保护措施进行深入研究。

1 分布式光伏电源的概念

分布式发电（Distributed Generation，简称 DG）与集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式有很大不同，这种发电形式的功率仅为数千瓦，可以直接布置在配电网上，也可以在负荷附近分部发电，是一种清洁环保、经济高效、安全可靠的发电方式。它对于节约能源、削峰填谷、缓建输配电设备、减少线损、提高供电可靠性等方面，具有一定的经济价值。光伏电源是分布式发电技术中发展最迅速的部分。分布式光伏电源通过逆变器接入到配电网中，具有随机性。由于容量小、电压低，分布式光伏电源在公用电网中的接入造成了对配电网系统运行的严重影响，并对电网的供电质量产生了威胁。因此，基于配电网安全运行的分布式光伏电源和配电网之间交互影响的研究成为近几年来配电网相关研究中的重点课题。分布式光伏电源主要可分为可再生资源和不可再生资源两大类。

1.1 可再生资源类

1.1.1 太阳能光伏电池

太阳能是一种无污染的环保型可再生资源，利用太阳能进行发电的工作原理是在日照充足的情况下，使用光伏电池对光能进行存储，并将光能转化为电能。阳能光伏电池的应用领域十分广阔，目前业界对于太阳能光伏电池的前景一片看好。

1.1.2 风力发电

风力发电是利用相关装置对风能进行收集、存储，并最终将风能转化为电能的一种发电方式。目前，一些国家在利用风力发电方面已取得了很好的成绩。风能也是一种无污染的环保型资源，且应用前景也十分广阔。但是由于风能发电技术对于地理环境的特殊要求，在一定程度上限制了这种发电方式的发展。

1.1.3 潮汐能发电

潮汐能发电的工作原理是，利用相关装置对海水涨潮落潮产生的潮汐能进行收集，再利用水轮将潮汐能转化为机械能，再将机械能转化成为电能的发电技术。

1.1.4 小水力发电

小水力发电的工作原理类似于潮汐能发电，主要是利用小规模的水电站进行发电，但其发电形式多样，包括引水方式发电、堤坝方式发电、混合方式发电、抽水蓄水方式发电等。

1.1.5 热能发电

热能也是一种对环境污染小的再生能源。热能发电的工作原理是，首先收集热水产生的热蒸汽或机械设备过热产生的热流，然后利用汽轮机将热能转化为机械能，再通过相关机械设备将机械能转化为电能。

1.2 不可再生资源类

1.2.1 燃料电池

燃料电池的发电原理是，利用燃料的电化学反应，将其中的化学能转化为电能。将化学能转化为电能的具体过程为：首先，在燃料电池的负极（即阳极）进行氧化反应，使燃料失去电子，形成电流；然后，电流在载体的帮助下到达电池的正极（即阴极），进行还原反应。作为一种不可再生资源，燃料电池为实现发电必需具备中够的量和大量的氧化剂，而且废弃的燃料电池还会造成环境污染，这是制约燃料电池发电的重要因素。

1.2.2 微型燃气轮机

微型燃气轮机的发电原理是以天然气、汽油作为原料，通过对原料进行燃烧产生能量并转化为电能。目前，这种发电方式是运用最普遍的分布式电源之一。微型燃气轮机具有体积小，污染小，重量轻等特点，但发电利用率较低的问题是限制其发展的重要原因。

2 分布式光伏电源的接入方式

分布式光伏电源被接入配电网的方式，是直接影响其利用率和保障电网安全运行的基础。在长期的实际工作中，福建省对分布式光伏电源接入配电网的接入方式进行了有针对性的分类。

2.1 采用10V专线并入电网

这种接入方式主要用于直接与电网企业进行电能交易的商业化运营的小型发电公司，因此无需直馈用户，以专线形式经配电线路与电网企业的变电站或开闭所的10kV母线连接，由此需要较大投资经费。这种接入方式在公共电网未覆盖的无电地区较常出现，可作为一种补充形式的并网方式。如果采用的是完整接线，则对配电网的综合调度与安全控制比较有利，且对公共电网的其他用户产生的直接影响较小，但是这种方式会对接入的上一级电网产生严重影响，因此需在这个方面开展重点保护措施。

2.2 利用T接方法并入到10kV公用电网线路

T接方法就一种比较经济的接入方式，且接入形式比较多样，可以根据不同的设计接入干线或支线。虽然具有经济、灵活的优势，但这种方法对电网安全运行的威胁非常大，会造成并入网线线路的故障，使得该线路上的所有用户受到影响。因此，在采用这种接入方式时，应将其接入配电网的调度自动系统，使其纳入配电网的整体统一调度管理。

2.3 分布式光伏接入380V低压母线

这种接入方式适用于装机容量不超过6MW的民用自发自用、余电上网的小型光伏电源。通过电缆与配电变压器380V配电系统相连接，可以轻构实现接入。这种并网方式由于操作简单，且随着相关技术和产品的不断升级，其应用空间越来越广，但是其本身具备的分散性、规模化、反调峰特性、无调度管理等特征对配电网的安全运行及管理都带来了一定的难度。

3 分布式光伏电源接入配电网的影响

分布式光伏电源在接入配电网之后，会对配电网产生一定的影响，在一定程度上威胁配电网的安全运行。

3.1 对电压产生影响

分布式光伏电源接入配电网后，会造成沿馈线潮流方向的传输功率的减少，并降低线损，从而抬高沿馈线各负荷节点处的电压。如果电源功率较大，还可能受到光照的影响，产生电压的波动及闪变现象。

3.2 产生非正常孤岛

分布式光伏电源在接入配电网时，会造成配电网的突然解列而出现停电现象，而此时分布式光伏发电系统依然会对配电网进行供电，形成孤岛效应，这样会对停电线路的用户造成严重影响，同时还会对维修人员的安全形成威胁。由于配电网中分布式光伏电源的接入越来越多，这种非正常孤岛的产生也会随之增加。

3.3 助增短路电流

分布式光伏电源的接入，会对配电网的线路提供短路电流，使线路出现短路故障。同时，由于分布式光伏电源接入助增的短路电流在故障点会形成与网侧单一线路计算值的差异，使得网侧不能及时反应并快速切除故障，因此对会线路安全产生极大的影响。

4 分布式光伏电源接入配电网的相关保护措施研究

4.1 对电压过高的控制

针对分布式光伏电源的接入对负荷节点电压的升高影响，一般可根据实际情况，在配电网络中安装有载调压变压器或调压器等设备，通过动态无功补偿（SVG）调节无功，实现光伏集中地区的电压保持稳定状态。

4.2 对非正常孤岛的防范

针对非正常孤岛，因从两个方面下手进行防范。一方面，加强对光伏电源近区的负荷监控和预测，进行有效的电站出力与负荷统计分析，近年来，分布式光伏电源的接入越来越多，当光伏电站的规模到达电站出力大于等于干线负荷时，就应该考虑对配电网进行分网改造，以保证电网运行的安全稳定；另一方面，加强对电站内的保护装置的运行维护，基于系统对配电网低电压穿越能力以及频率偏差的要求，使配电网网侧保护与安全自动装置的定值实现紧密配合，这样可以保证在出现非正常孤岛时，电站在无故障的前提下，快速的将电站与系统隔离开。

4.3 对短路电流的控制

随着分布式光伏电源的广泛使用，由其接入配电网产生的短路电流对配电网的影响也越来越大，光伏电站在区域内形成一定规模后，应对负荷支线末端出现短路故障时支线的热稳定，以及各个光伏电站公用并网段线路的短路电流进行及时的校核，同时对相关导线和支线保护设备进行更换，进一步提高光伏电站对过电流的保护灵敏度，从而对短路电流实现有效控制。必要时，还可对配电网进行分网改造，使配电网系统更科学合理，减少分布式光伏电源接入产生的短路电流对供电质量的影响。

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2095-2066（2016）32-0042-02

2016-11-3