分布式电源光伏发电对低压电网的影响及对策

李积梅

（湖南华晨工程设计咨询有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

从历史的角度来看，分布式电源缺少足够的应用实践，分布式电源功率集中在50 MW 之下。有些分布式电源甚至只有几千瓦。分布式电源能够充分协调环境关系，在单独工作中解决用电需要。在大电网无法保障资源有效分配，用电紧张的时候，分布式电源能够协调电能调配，保障配电系统足够稳定、足够安全。在现代社会背景下，供电系统有着很大的工作压力。分布式电源能够缓解这种现象，当然它的弊端也比较显著，那就是会影响到低压电网。分布式电源光伏发电系统充分利用光伏发电，能够完成大电网电力能源的补充和调配。光伏发电（后文称PV system）在电网系统中属于分布式电源分支，利用蓄电池、逆变器、太阳能电池以及控制器存储与转换电能。PV system 有着实用性广、能独立运作、可靠性高、寿命长、无污染等优点。

1 分布式光伏发电并网要求

1.1 接入方式

不同于低压电网以及大电网的是，分布式光伏发电在并网中需要将首要要求放在安全性上。要避免大电流和高电压影响与破坏到分布式电源[1]。此时一般会用到变压器处理过多的电流和电压。要确保并网后系统能够稳定输送电能。假设并网电压有着明显差异，要做好光伏发电系统容量控制工作。低压电网变压器负责总负荷25%左右。此外，并网短路电流不可以超过整个系统1/10 的额定电流。参照国内某山区条件，分布式电源的装机容量和电压等级为：在容量 ≥5 kW 时电压220 V；在容量为8～400 kW 时等级为380 V；在容量为400～6000 kW 时等级为10 kV；在容量≥6000 kW 时等级在10 kV 以上。

并网环节假设高低电压的条件都能够满足接入要求，通常会优先选择低电压，减少并网负面影响和作用。

1.2 电能质量以及其他要求

我国对光伏发电的研究目前正处于发展阶段，国内光伏发电的质量存在很大的不同。并网前需要重视评估工作。光伏发电电能评估指标包括很多，如变流器型号、并网方式、电源容量等都是考虑的对象。PV system 并网后电能可以为周围地区提供充足电能。在谐波、电压波动、闪变、电压偏差中都要满足国家 要求[2]。

此外，还要做好PV system 功率控制和电压控制。低压电网与电流通常十分稳定。功率变化遵循规律性特征。在进入并网环节后，为了保障系统质量、工作效益就需要确保PV system 能够有效调节电压和功率。例如，国内某山区的电力用户、低压电网用电情况决定了要确保10 kV 与35 kV 等级PV system 可以有效调节功率与电压，要确保数值在可控范围、工作上限。我国对此有明确的线性标准。并网后公共连接点电压的偏差一定要满足GB/T 12325—2008《电能质量供电电压偏差》给出的规定[3]。假设并网接入点电压为 35 kV 左右，那么接入点电压变动需要控制在3.5 kV 甚至更低。假设并网电压为20 kV 左右，则电压变动需要控制在1.4 kV 或是更低。假设并网电压为20 kV 以下，则电压变动要低于1.2 kV。

2 分布式电源光伏发电对低压电网的影响

2.1 系统概况

文本所研究的对象为国内某山区PV system 的并网点。通过对低压电网影响要素分析，确定应对对策。分布式光伏发电系统的装机容量为10 MW。交流电低压电网接入点380 V。在笔者实际调查中得出，在PV system 介入电网以后对于该电网的影响十分突出。

2.2 电能质量影响

通过持续性观察，能够迅速发现，在低压电网和PV system 并网之后，逆变器应用的高频调制频频发生谐波现象。在PV system 和大电网一同工作时，储蓄电能在电压上能够同步保持一致。当然会在持续工作以后引起谐波进一步放大现象。这种谐波通常真实存在。必须强调的是在PV system 中，系统能量为太阳。所以很多情况下人们做不到稳定性控制。虽然本次调查对象的山区有着充足的光照，但偶尔也会经历多云、阴天和降雨这类现象。在阴天和降雨天气作用下，PV system 无法保障自己的工作质量和效率，不稳定的发电能力会影响到电网运行。PV system 频频出现闪变和电压波动现状。此外，配网系统并网后同样也会呈现出复杂性问题。此时需要做电能分配、传输、集中工作，而这一现象同样也会让电网工作面临巨大压力。

2.3 孤岛效应

所谓的孤岛效应说的是在PV system 在进行并网后时常会遇到的问题。该系统作业和大电网属于对立关系，只有极少数条件为紧密关联关系。如果大电网陷入故障以及停电，那么PV system 如果没有充分了解具体情况，而是直接为电网供电就很有可能浪费大量电能，使得维护人员、电网检修人员受伤。此外，在PV system 陷入故障以后，并网运行中，大电网电能同样也有一定概率会进入到PV system。该现象一般发生在电压相同情况下。其结果就是PV system 陷入异常状态。假设此时低压电网受到了单相PV system 影响，就会出现三相负荷欠相供电问题[4]。本次研究对象为单相PV system，因此同样需要考虑这一风险。

3 问题应对办法

3.1 电能质量问题解决办法

事实上，不论是应用什么手段通常也无法彻底解除PV system 对于电能质量造成的负面影响。但在实践中却可以应用各种各样的应对措施。例如，利用技术性手段尽可能降低影响级别。对于本次研究对象的问题解决，当地政府选择统筹管理建设工作，具体分析项目条件和情况。规划中要选择合适的电能质量治理装置，并将其与PV system 其中一端配置到一起，测试系统的功能和问题。并网前参照固定标准，要保障控制有效性超过60%。蓄电池容量方面，要确保其容量超过系统总发电容量，也就是能够满足16～32 h 的供电。在满足各种基础要求以后，为系统提供电能，保障输电供电稳定性，在临时条件下解决供电要求。

3.2 孤岛效应问题解决办法

孤岛效应背景下需要发挥技术性检测价值，利用各种合适的检测手段了解电网工作态势、状态，随后分析问题应对手段、解决办法。孤岛效应缺少规律性，因此提升作业效率的关键在于使用分布监控办法。该方法的应用需要充分结合PV system 的情况和低压电网并入点情况，合理安置设备。假设作业无法有序推进，并且不继续供电，就要将这个信息快速发送回管理端，让PV system 不继续输电。大容量蓄电池此时要发挥作用，保存与管理多余电能。在蓄电池容量满了以后不继续发电。设备侦知PV system 无法正常工作，就需要自行发出警报。此时的PV system 不会继续接收各种电力资源，用该方法保护系统、保护电能资源。

3.3 模拟实验

为了更好的检验与掌握实际情况，需要用模拟实验的办法研究与讨论PV system 在并网以后的实际状况。参照计算机条件和能力，打造模拟系统，分析工作状态、工作状况。利用电能治理技术控制质量，发挥智能技术和检测手段作用。实践中需要模拟计算机的运作参数、数据情况。检验的动态指标包括PV system 工作异常、低压电网工作异常、天气状况。假设无法正常运行就会第一时间发出警报。警报会通知与传达每一处设备，满足电网工作要求。实验数据如表1 所示。

表1 实验结果

本次实验做了60 次重复测试，从结果看到的是谐波能够得到很好的处理。在遇到问题时每一处设备都能够第一时间给出警报，并且仅仅用了1.3 s，能够满足电网硬性需求，没有发生任何危险事故，体现了该措施的重要性和价值。

4 结 论

本文以分布式电源孤岛效应与电能质量影响为对象，分析了问题应对办法。首先是要做好系统建设前的规划工作，保障质量控制效果。其次是用各种检测措施分析与应对孤岛效应。在综合评价和模拟实验中验证了可行性，可推广到实际。