太阳能光伏发电系统接入电力输配网的问题及对策

2020-11-25武林芝南京宝基输配电工程有限公司

数码世界 2020年2期

关键词：输配电孤岛配电网

武林芝南京宝基输配电工程有限公司

引言

太阳能光伏发电系统接入电力输配电网支持高渗透率分布式电源的接入，无须蓄电池储能，在并网逆变器的支持下将电能输入电网系统，涉及最大功率跟踪、电网系统无功需求及补偿、孤岛效应等内容，导致电力输配电网结构和运行状态发生改变。

1 太阳能光伏发电系统关键技术和接入方案

太阳能光伏发电系统接入电力输配电网之中，采用逆变器准稳态模型，通过开关量控制逆变器通断的方式，将直流电转换为交流电，体现出电路结构简单、输出电压波形谐波含量小的特点。

太阳能光伏发电系统接入主要是在光伏电池－半导体材料的光电效应下，将太阳光辐射能转换为直流电能，以太阳能电池板为核心部件，以充放电控制器将太阳电池板转化的电能传送至蓄电池以蓄电池进行直流电的存储。同时，太阳能光伏发电系统并网还采用最大功率点跟踪技术，使电池板始终在最大功率下利用太阳能，通过动态的检测、计算和比较，寻找到最大功率点。常见方法包括有恒电压跟踪法、扰动观察法、增量电导法、功率计算法，其中：恒电压跟踪法是基于经验确定最佳工作电压和最大功率点；扰动观察法是利用功率反馈的方式，进行输出电压/电流的采集和计算，分析功率变化的特点和规律，确定下一波的控制信号；增量电导法具有快速的响应速度；功率计算法通过最优点的控制方式，利用电压/电流检测值计算功率最大点。

2 太阳能光伏发电系统接入电力输配电网的影响剖析

太阳能光伏发电系统接入电力输配电网因其自身的间歇性、随机性、不确定性，不利于电力系统的安全稳定运行。

2.1 对线路潮流的影响。太阳能光伏发电系统接入电力输配电网之后，传统的系统潮流模式发生改变，转变为难以预测的双向流动，因光伏发电系统输出的随机性导致其电网潮流也出现一定的随机性，无法保证传统的电压调整策略的顺利实施，导致配电网的电压调整设备频繁动作或异常响应。

2.2 对电力输配电系统保护的影响。大规模光伏发电系统接入电力输配电网之后，系统短路电流成倍增大，导致过流保护误动作或失效。同时，在光伏发电系统接入输配电网之后，变为多电源的双向网络，原先无方向性的熔断器和自动重合闸装置暴露出滞后性。

2.3 对传统旋转机组拥有量的影响。太阳能光伏发电系统接入电力输配电网之后，早期不具备调峰和调频能力，导致电网的早峰负荷和晚峰负荷遭受冲击性影响。

2.4 对电能质量的影响。太阳能光伏发电系统接入电力输配电网之后，出现电压波动、闪变、谐波等现象，降低了电能质量。

2.5 对运行调度的影响。由于当前的太阳能光伏发电系统数量较多，电价不够统一，因而地区电网要重点考虑对光伏发电系统的经济安全调度策略。

3 太阳能光伏发电系统接入电力输配网的对策分析

3.1 电能质量分析

太阳能光伏发电系统接入电力输配电网存在动态电能质量缺陷，导致系统并网、脱网频繁，必须关注光伏电源出力变化对电网电压的干扰。同时，可以采用特殊滤波器装置，将其安装于谐波电压水平较高的母线上，规避太阳能光伏发电系统接入电力输配电网的谐波缺陷，有效缓解电压波动、谐波等不良现象。具体实施方式为将源滤波器并联添加到逆变器之中，通过参考电压最大功率点跟踪控制策略，保证电压源逆变器输出电流的稳定性，有效抑制或消除谐波电压，提高电力输配电网的电能质量。

3.2 继电保护设计

太阳能光伏发电系统接入电力输配电网之后，成为双向流动性潮流的多电源系统，传统的继电保护装置暴露出迟滞性，无法满足继电保护的方向性要求。为此，要进行太阳能光伏发电系统接入电力系统的继电保护装置设计，可以采用两种设计策略：（1）切源策略。先断开电网连接的所有光伏系统，对传统配电网进行还原，在原有的继电保护设备的使用条件下，采用传统的继电保护方式，这种策略必须考虑电网故障切除及光伏系统切断的先后顺序，还要分析系统自动重合闸时间间隔内的光伏系统速断问题，不利于电力系统的速动可靠性。（2）孤岛策略。由于电网系统孤岛效应会导致电压及频率失控，无法使分布式发电装置与电网同步，导致故障无法清除等问题，为此系统要具有检测孤岛效应的能力，能够在出现孤岛效应时及时切离电网。以基于相位跳变的反孤岛策略为例，主要是监控并网逆变器端电压与输出电流间的相位差进行检测和控制。还可以采用基于电压谐波检测的反孤岛策略，利用监控并网逆变器输出端电压谐波失真进行孤岛检测和控制。另外，还有主动性孤岛检测策略，如：主动频移反孤岛策略、基于功率扰动的反孤岛策略、阻抗测量反孤岛策略等，相较于被动式反孤岛策略而言，主动式反孤岛策略能够有效减少不可检测区域，提高孤岛检测的有效性。

3.3 异常故障处理分析

太阳能光伏发电系统接入电力输配电网之后，配电网结构及运行方式产生较大改变，对于配电网出现的故障处理和可靠性分析随之出现改变，当光伏发电系统是单一性的备用电源时，能够有效提高配电网系统的供电可靠性；当光伏发电系统与配电系统并网运行时，则会降低配电网系统的供电可靠性。由此可见，光伏装机位置、接入容量、运行方式是影响电网可靠性的重要因素，在进行电网系统异常故障处理分析的过程中，要考虑系统暂态运行特点，进行智能配电网的安全理论分析，探寻分布式电源协调运行及自适应控制方法，合理运用分布式电源孤岛运行状态下的电压频率控制策略，加强对含分布式电源的配电网负荷侧响应管理的研究，进行规划分析之后构建准确的电力系统可靠性评估模型，设置电力网络可靠性指标，提升电力系统可靠性评估体系的适用性。

3.4 微网动态特性分析

分布式电源采用微网运行的方式，要充分考虑各分布式电源之间的协调运行，深入分析和研究微网的运行特征及其对主配电网的影响。在进行微网动态特性分析的过程中，引入分布式电源数学模型，获悉不同运行、扰动和控制方式下的微网在恒功率控制及调差控制特性。

3.5 优化调度及协调运行分析

在满足区域内电力负荷需求的前提下，进行太阳能光伏并网发电系统的规划，引入新型配电网能量管理系统，进行全网能量优化调度、灵活调度和经济运行，使系统在光照充足、光照不足、阴雨、夜间等不同工况下达到最优运行状态，在分布式电源广泛应用于智能电网的趋势下，分布式发电供能系统日趋复杂多样，表现出灵活多变的运行模式，如：可控的冷/热/电联供微型燃气轮机电源、间歇性风力发电电源、不易控制的光伏发电电源等，由此可见，微网要能够与大电网进行并网运行或独立运行模式的无缝切换，并重点研究微网高渗透率下的大电网相互作用机理，同时，由于微网中各类负荷变化存在随机性，导致电能出现明显的不确定性特性，由此也突显分布式储能环节的作用，在微网独立运行时，蓄电池、超级电容器、飞轮储能系统等能够平抑系统扰动，保持发电/负荷动态平衡，维持电压/频率的稳定性。