论分布式光伏接入对配电网系统的影响

段大伟 马丽艳

（国网山东省电力公司德州分公司，山东 德州 253008）

论分布式光伏接入对配电网系统的影响

段大伟 马丽艳

（国网山东省电力公司德州分公司，山东 德州 253008）

随着近年来分布式发电技术的广泛应用，我们有必要对分布式光伏接入对配电网的影响做深入研究。本文通过对新一代发电技术——分布式发电技术的简介，分别从对电压的影响、对短路电流的贡献、非正常孤岛、注入电流谐波、注入直流分量、对配电网络设计、规划和运营的影响、提供辅助功能等方面进行了阐述。

分布式光伏；配电；电源接入

1.对电压的影响

在集中供电的配电网中，多为辐射状。在稳态运行过程中，电压是沿着馈线潮流方向呈慢慢降低趋势的。当光伏电源被接入后，会使馈线上的传输功率下降，而沿馈线各负荷节点位置的电压则会出现相应的提高，有时候或者能造成某些负荷节点的电压偏移或超标，具体该节点的电压被抬高到多少，与所接入的光伏电源的部位和它的总容量有着直接的关联。一般而言，我们可利用在中低压配电网络中设置有载调压变压器和电压调节器等调压设备的方式，来控制负荷节点的电压，确保其电压偏移在可控且合规的范围内。而在调整配电网的电压时，应将光伏电源的运行方式的设置合理与否作为重要的衡量标准。一般情况下，在正午时因阳光充足，光伏电源出力就会增大，如果线路轻载，那么光伏电源则会使接入点的电压有明显的抬高态势。

2.对短路电流的贡献

一般情况下，我们认为当配电网络侧出现短路时，接入配电网络的光伏电源几乎对短路电流无任何贡献，且稳态短路电流相比较光伏电源额定输出电流来说，只大19%～20%，且短路一刹那产生电流峰值与光伏电源逆变器本身的储能元件和输出控制性能也有着密切的关系。通常在配电网络里，短路保护的措施多为过流保护与熔断保护相结合的方法。而对高渗透率的光伏电源，一旦在馈电线路上出现短路，通常我们认为是由于光伏电源提供了大多数的短路电流，这才导致短路故障难以检出。根据多国的实验结果可知，采用控制电流注入的光伏电源逆变器对短路电流贡献实际上并不大。

3.非正常孤岛

在分布式电源越来越广泛的接入到配电网络中，也在一定程度上增加了非正常孤岛高发的可能，早在1998年IEC曾用“故障树理论”对非正常孤岛发生后可能出现触电可能的问题进行了详细分析。而到了2002年，IEA-PVPS-Task-5也同样应用了“故障树理论”对光伏电源的非正常孤岛现象进行了分析。此间，同样把光伏电源渗透率大6倍夜间负荷的极端情形列入分析范围内，研究发现，非正常孤岛能造成触电情况发生的可能性很小，其概率约比10-9次/年还要小。与此同时，还对荷兰当地的某个典型低电压住宅区的配电网络进行了研究，研究发现，在该地区光伏电源出现非正常孤岛运行的可能概率约为10-5～10-6次/年，出现可能性小到几乎可以忽略不计。而如果电网的运行状况不理想，如高阻抗条件时，光伏电源逆变器则无法准确检测出电网阻抗变化。据统计，当前仍没有较好的解决方案来满足德国对光伏电源反顾到策略的标准要求。

通过近年来的大量研究和实验证明：在未来有很多分布式电源接入到配电网中的话，如果措施得当，那么就能将非正常孤岛风险降低，使其永远处于可控的安全合理范围区间，且不会造成系统出现非正常孤岛风险有实质性的增加，这也就是说，即便运行中出现非正常孤岛现象，也不引发光伏电源等分布式电源接入的技术壁垒，更不会形成任何妨碍影响。

4.注入电流谐波

电流谐波对配电网络和用户的影响不可谓不重大。其影响范围一般包括：使电压平均值有所改变、使电压出现闪变、使旋转电机和发电机出现发热情况、导致变压器出现发热和磁通饱和状况、使保护系统出现失误动作、对通信系统产生电磁干扰、出现系统噪音等。通常而言，导致光伏电源逆变器出现谐波的原因主要包括：一是50Hz参考基波波形不理想导致；二是在高频开关状况下引发谐波发生。而降低甚至消除部分谐波时，应从其影响因素上下手，主要包括谐波间的相位差、配电网的线路阻抗和负荷。例如，在光伏电源逆变器出现正弦基波的时候，可通过部分补偿的方式来降低配电网的电压波形出现畸变的可能，同时也会使逆变器输出的电流谐波量增多，当将光伏电源逆变器接入到弱电网内的时，上述现象就会表现得更为明显。而如果光伏电源逆变器检测配电网电压生成的是参考基波的时候，虽然此时光伏电源逆变器输出的正弦波电流状态良好，但却不能补偿配电网的电压波形畸变。基于此，在实践运行过程中，光伏电源注入的谐波电流通常均达到有关标准规定的要求。

5.注入直流分量

直流分量产生的不利影响主要针对配电网中的变压器、电流式漏电断路器（RCD）、电流型变压器、计量仪表等部件，其中造成的消极影响最大的莫过于电流式漏电断路器和变压器，具体体现有：使电流式漏电断路器出现失误动作，导致变压器磁通饱和、发热，并在此过程中出现谐波和噪音等问题。为有效控制直流分量的注入，诸多的并网光伏电源逆变器多选用隔离变压器。而随着近十几年来国内科学技术水平发展的日新月异，诸多研究已经证实：去除隔离变压器对提高生产效率、控制生产成本有显著的成效，因此当前不带隔离变压器的光伏电源逆变器的应用也越来越普遍。脉宽调制（Pulsewidthmodulatim，PWM）技术的光伏电源逆变器对控制直流分量输出效果显著，而如果遇到配电网电压的正序不平衡或负序分量情况时，则会给以应用了PWM技术的光伏电源逆变器性能带来消极影响。

当前，在直流分量对配电网变压器的影响方面，目前国际上尚无直流分量上线的统一规定。在不同的国家要求标准也不尽相同，其中在英国，有研究者建议，每相的谐波畸变值应控制在≤5%，或每个光伏电源注入到典型的500kVA配电网变压器的直流分量≤40mA。而在美国，对要求每相电流应≤有名值的0.5%。

6.对配电网络设计、规划和运营的影响

当前分布式电源接入到配电网络中的应用实例越来越多，同时集中式发电在现实应用中的比例也在相应地降低，这在一定程度上改变了电力网络的结构和控制方法，这一变迁同样也给电力网络的设计、规划、运营和控制等各方面提出了更高的要求，可以说这是一个机遇和挑战并存的新时代，与时俱进的更新换代势在必行。可以预见，未来被消费的电能中，将有大部分源于低压配电网络，这也就预示着加强对配电网络结构的调整和优化十分有必要。具体的调整方向总体而言可概括为怎样使配电网络的结构与网络电流的逆向和正向流动相适应。至今，专家学者们提出的前沿概念包括模拟电站和微网，这些新概念是可以应用到分布式光伏电源管理过程中的，使有功出力具有随机性的光伏电源和有保证出力的电源和储能装置等进行集结，使之成为一个整体的模拟电站或微网，并将其进行相应的整合，并入到当前的电力生产和传输框架里。

7.提供辅助功能

当前的光伏电源逆变器的功能多样，具体应用有：把光伏阵列出力馈送到电网；作为有源滤波器来用以改善提高电网电能质量等。当光伏电源和储能装置协作后，将发挥新的功能，如对配电网的电压、频率和稳定性进行调节，与此同时，还能为重要负荷提供UPS功能。此外，光伏电源还具有通过驱动水泵抽水储能来为电网提供黑启动电源等性能。

结语

综上所述，分布式发电技术是一种新生的发电技术，具有非常好的发展空间。为更好地与分布式发电的发展需求相适应，这就要求配电网的设计、规划、运营和控制必须要升级换代。在分布式发电技术中，光伏电源的发展速度很快，且分布式光伏电源接入到配电网中的应用范围越来越广泛。座椅，我们必须加大对分布式光伏接入对配电网影响的研究，并在科学的研究基础上，引入新的技术，并制定有关管理方法，确保其能安全稳定地运行。

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［3］孙铎.探讨分布式光伏接入对配电网系统的影响［J］.内蒙古石油化工，2013（14）：75-76.

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