光伏接入对配电网电能质量的影响及最大接入容量分析

李敏 武建玲 耿瑞芳 郭聪莉

摘 要：随着低碳经济发展，我国光伏发电迎来了快速发展阶段。国家充分重视光伏技术应用，出台的一系列法规、政策极大地推动了光伏发电的发展。在社会的发展进程中，化石能源日渐成为人类利用的主要能源形式，伴随着人类与日俱增的能源需求的却是化石能源储量的迅速枯竭，大规模大范围的化石燃料使用已经给人类赖以生存的环境带来了不可估量的损害。在电力技术不断发展的基础上，光伏接入配电网变得越来越加成熟，具备节能环保等优势，其应用会逐渐增多。在光伏接入配电网中，会对配电网电能质量产生影响，关系着配电网运行经济性与安全性，所以，深入了解这种影响，做好最大容量的设计，提升光伏接入配电网水平，是促进配电网供电能力提升的有效途径。

关键词：光伏接入；配电网电能质量；影响；最大接入容量

1 前言

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，近年来用电负荷正急剧增长。但是，随着电网规模的不断扩大，传统大容量电力系统也相继暴露出其无法忽视的一些弊端：大面积停电事故屡发不止，偏远地区输电费用过高，无法灵活跟踪负荷变化等。光伏发电作为一种新的发电形式，由于其使用的是太阳能，资源充分、无污染，而且不会受地域限制，是具有极大应用意义的。但是，光伏发电具有随机性、间接性等特点，会影响到配电网电能质量，降低配电网供电可靠性，对此，加强对光伏接入配电网后电能质量受到影响的分析，确定合理的最大接入容量，是光伏发电实际应用需要做好的工作。同时，为了实现就地能源的开发与利用，减少远距离输电的损耗，一种高效、环保、灵活的新型发电技术成为智能电网中一项重要的组成部分，也引起了世界各国范围内科学研究工作者的关注和重视，并且成为电力系统新的研究热点。

2 电能质量评估指标

2.1 电压偏差

电压偏差是反映电力系统是否正常运行的做指标，在分布式光伏接入后，会抬升配电网电压，且这种抬升作用会随接入容量的增大而变大，在抬升到一定程度时，就会造成电压越限。

2.2 电压波动

电压波动指的是电压均方根值出现的连续改变或者快速变动情况，在光伏发电中，由于其使用的是太阳能，天气变化会对发电产生较大程度的影响，在没有阳光照射情况时，光伏出力会发生迅速降低的现象，容易导致被接入配电网发生电压波动。根据相关规定，在变动频率≤1次时，高压侧、低压侧电压波动限值分别为3%、4%[1]。

2.3 三相不平衡

在本研究中，选取三相不平衡中负序电压不平衡度作为指标，分析光伏接入对其产生的影响。

2.4 谐波

光伏接入到配电网是通过整流器、逆变器实现的，会产生谐波电流，给电网运行稳定产生一定程度影响。谐波含量指标有各次谐波电压/电流含有率、电压总谐波畸变率等。

3 配電网与光伏发电简化模型

3.1 配电网简化模型

在本研究中，取实际配电网中一段10kV馈线构成的小规模配电网作为光伏接入配电网模型，分析电能质量受到的影响，在馈线接线方式上，有单侧电源多分段、多联络与双侧电源多分段、单联络两种，其供电是经220/10.5kV变压器实现的，变压器容量是50MW，为简化研究，系统负荷定为恒功率负荷。

3.2 光伏发电简化模型

在本研究中，其运行机制为：光伏阵列将太阳能转化为直流电，然后经逆变器转换作用后，成为50Hz交流电，再经过滤波器滤波、升压变压器升压处理，连接到电网中，实现并网发电。

4 光伏接入对配电网电能质量的影响分析

通过仿真计算，选取馈线手段、中端与末端分别作为光伏接入点和观测点，其对配电网电能质量的影响如下：

4.1 对电压偏差产生的影响

光伏接入配电网不同位置时配电网线路电压分布相较于未接入光伏发电时，光伏接入会造成不同程度的电压抬升，其中，首端接入的影响是最小的，末端接入则具有显著抬升作用。

4.2 对电压波动产生的影响

光伏发电的一大特点就是受自然环境条件影响较大，在阴天或雨天时，短时间内出力波动量可能超出装机容量的50%，以3s内光伏出力降低30%为例，其对电压波动影响，末端节点电压波动最大，电压变化幅度约为2.2%。

4.3 对电压三相不平衡产生的影响

光伏接入对配电网电压三相不平衡的影响，在光伏接入容量增大后，负序电压不平衡会出现线性增加，但并没有达到限值，所以，整体来说，光伏接入不会对电压三相不平衡度产生较大影响[3]。

4.4 对谐波产生的影响

在分布式光伏接入配电网后，配电网谐波电流含量是较低的，末端节点电压总谐波畸变率，电压总谐波畸变率与光伏接入容量是成正比的，最大畸变率能达到2.2%，是符合相关规定要求的。

5 光伏接入配电网的最大接入容量分析

5.1 最大接入容量的确定

从上述可知，在10kV配电网中接入分布式光伏后，是会对电能质量产生一定影响，其中，影响最大的就是电压。所以，在计算光伏接入配电网的最大接入容量时，应当以以电压偏差限值作为衡量标准，最大容量不能超出电压偏差的要求，也就是选择电压偏差在7%时，从3个观测点中取光伏接入容量最小的，就是该10kV配电网线路最大接入光伏容量。据此， 10kV配电网几种接线方式光伏接入最大容量，在实际光伏接入过程中，为确保配电网运行的安全，需要设置一定裕量[4]。

5.2 最大接入容量提升的措施

在光伏接入配电网最大容量提升中，可以采取的措施有：一是对母线变压器分接头进行调整，可以起到降低电压的作用，抵消光伏接入导致的电压升高。以3分接头变压器为例，比较其不同母线电压是配电网的光伏接入容量，在0.95[Un]、[Un]、1.05[Un]时，最大接入容量分别为13.95、11.56、8.97，由此可知，对母线变压器分接头进行调节，是可以起到提升最大接入容量效果的[5]。

二是装设储能装置。储能技术可以对电能质量改善、电力调峰与电力系统运行稳定发挥良好作用，对于光伏接入，储能技术可以起到改善光伏发电特性、提升其渗漏率的效果，根据光伏出力、线路负荷情况，确定是储存还是释放，将线路电压控制在安全范围之内。

综上所述，光伏接入对配电网电能质量的影响是多方面的，电压偏差、电压波动、三相不平衡以及谐波等指标都会受到影响，其中，电压偏差是最为主要的，对光伏接入起到制约作用。在光伏接入配电网最大容量计算时，需要从电压偏差角度出发，特别是线路末端电压，确定合理容量值，避免电压超限，并留有适量裕度，在10kV配电网中，光伏接入最大容量应控制在负荷30%-35%范围内。

6 结语

分布式发电是一种清洁、高效的发电方式，在电力系统中的使用拥有非常好的发展前景。但是大量分布式电源在配电网中的接入必然会对配电网的结构造成严重的影响，为了使这一影响降到最低，对分布式发现的进一步研究以及推广应用具有非常重要的意义。

参考文献：

[1] 任国用，江桂香，王方芳.试论分布式光伏并网发电系统接入配电网电能质量分析[J].科技风，2016（1）：1.

[2] 金卓勍，向铁元，陈红坤，陈若男，陶圆.考虑电能质量问题的分布式光伏发电接入规划方法[J].电力系统保护与控制，2017（9）：1～8.

[3] 潘明九，王颖.光伏接入对配电网电能质量的影响及对策研究[J].内燃机与配件，2017（5）：95～97.

[4] 秦鹏，崔国柱等.光伏接入对配电网电能质量的影响及最大接入容量分析[J].电网与清洁能源，2016（11）：145～150.

[5] 李滨，潘国超，陈碧云，李佩杰.满足电能质量限值的分布式光伏极限峰值容量计算[J].电力系统自动化，2016（14）：43～50.