分布式光伏电站与低压配电网同规划的重要性分析

摘 要：从分布式光伏电站出发，分析其关键特征及对低压配电网的影响，确定分布式光伏电站与低压配电网同规划的注意事项。从电压质量、潮流计算、并网谐波、继电保护、孤岛检测出发，全面提升分布式光伏电站与低压配电网同规划的效果，保证分布式光伏电站安全、高效并网。

关键词：分布式光伏电站;低压配电网;影响;规划方案

0    引言

分布式光伏电站在一定程度上缓解了传统煤炭发电的压力，能够有效解决我国不可再生能源紧张的问题，已经开始成为我国配电网建设的重中之重。分布式光伏电站接入低压配电网时需通过调整配电网结构、并网接入模式等，最大限度降低电站对低压配电网运行的冲击，达到低压配电网输配电过程中安全效益和经济效益的全面优化。

1    分布式光伏电站发展趋势及概述

为进一步解决环境污染问题，缓解资源紧张现状，2008年以来我国加大了对新能源发电的重视力度，形成了水力发电、风力发电、光伏发电等多种形式携手共进的局面。据统计，我国2020年光伏发电装机容量已经超过40 000 MW，占总装机容量的2.83%，如表1所示;在县、乡、镇、农村地区光伏发电也得到了快速发展，截至2020年，我县光伏发电装机容量已超过70 MW，占总装机容量的36.75%，如表2所示。

分布式光伏电站是在光伏发电技术基础上形成的新型发电系统，可与配电网协调发电，满足区域用户用电需求。此类电站往往分布于用户附近，规模较小，可利用分散资源实现小规模发电。分布式光伏电站主要包括太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器等，如图1所示，其输出功率较小，往往适用于接入低压配电网。

2    分布式光伏电站与低压配电网同规划的重要性

分布式光伏电站接入低压配电网后，原电网潮流将发生明显改变，电压分布、线损能耗等均会发生明显转变。尤其是在逆变整流过程中，光伏发电中电流信号、逆变谐波等均会影响低压配电网的安全性、可靠性和稳定性，如：

（1）对电能质量的影响。受光照因素的影响，分布式光伏电站运行过程中通过逆变器后的电压容易产生波动，尤其是在光照强度变化较为显著的区域，发电过程中的有功功率和无功功率差异较大。而低压配电网电压一般较为稳定，一旦分布式光伏电站接入，就很容易出现由接入电压波动、负荷不匹配等造成的电压失衡，如图2所示。

（2）对线路损耗的影响。分布式光伏电站接入过程中，如果不能就地平衡消纳，而需要通过低压配电网主干母线传输至变压器高压侧，就较容易影响原台区低压配电网母线电压分布情况，致使配电网线路电流发生改变，尤其是在接入点区域，流通电流明显加大，线路有功损耗和无功损耗也会呈增加趋势，难免造成一定的电能损失。

（3）对线路检修的影响。分布式光伏电站并网接入后，当配电网发生故障或检修时，分布式光伏电站发电可能与附近的负载形成一个孤岛供电系统，如果这个孤岛不正常的话，会给运维人员的安全造成风险，不利于保障配电网的可靠性。

因此，必须做好分布式光伏电站和低压配电网同规划工作，从分布式光伏电站特性和接入后的各项问题出发，统筹规划、优化协调，才能够从根本上保证低压配电网的安全效益和经济效益。

3    分布式光伏电站与低压配电网同规划的关键要素

3.1    规划方案

分布式光伏电站与低压配电网协同运行过程中必须按照电网结构、电能质量、接入保护等做好统筹设计和规划，确保光伏发电接入低压配电网能够有效消纳，其规划方案如图3所示。

（1）根据低压配电网结构下电网实际运行情况进行分析，确保分布式光伏电站接入后并网运行的安全性、稳定性和可靠性。尤其是网架强壮程度和负荷耐受性能等，确保其能够满足分布式光伏电站接入后的负载需求。

（2）按照接入规模和电网架构形成主体规划后，应继续深化分布式光伏电站接入后的电压规划和潮流规划，针对有功功率、无功功率波动趋势优化电网并网方式，做到有效消纳，最大限度降低分布式光伏电站接入后的线路损耗。

（3）應按照分布式光伏电站接入后可能产生的继电问题、谐波问题、孤岛问题等开展有效保护，通过调整环路结构、增加继电保护装置、强化带电检测等全面提升分布式光伏电站并网运行后的安全性和稳定性，实现低压配电网安全效益和经济效益的最大化。

3.2    关键问题

3.2.1    优化电网结构

分布式光伏电站与低压配电网同规划过程中应根据光伏接入容量、低压配电网负荷之间的关系，合理选取接入位置的比例关系。接入容量若仅为低压配电网总负荷的3/5，则应尽量选取距离主干线末端区域作为接入点;若达到低压配电网总负荷的3/5及以上，则应选取距离主干线1/3到2/3的位置作为接入点;若达到低压配电网总负荷的1.3～1.5倍，则应尽量选取靠近主干线始端区域作为接入点。上述接入过程中应保证末端电压偏差、电压波动、谐波总畸变率在指标范围内，同时应充分考虑结合分布式光伏接入后整体负荷情况更换更大容量的配电变压器，配套增大主干线导线线径。

此外，还要对并网接入方式进行优化，针对实际情况合理选择并网接线方式，即：

（1）T接低压主干母线并网模式。该方式主要在分布式光伏电站出线侧将电缆或架空线与低压配电网的主干母线直接连接，此时分布式光伏电站可直接完成系统供电，如图4左侧所示。这种并网方式适用于较大容量接入，成本较高。

（2）T接低压负荷支线并网模式。该方式主要是在低压配电网的负荷支线T接，通过低压配电网的主干母线，从而将分布式光伏电站顺利接入低压配电网系统，如图4右侧所示。接入点应以电压改善效果、网络损耗最小、潮流反向次数最少为约束条件，可选在靠近配电网末端区域。

3.2.2    提升电能质量

为进一步提升分布式光伏电站与低压配电网同规划效果，在并网接入过程中应选用分布式光伏电源与静止型无功补偿装置（SVC）来实现电能负荷调节。SVC能够有效消除分布式光伏电站接入后的无功功率，若无功功率波动，该装置可通过负反馈调节实现无功功率补偿，从而降低分布式光伏电站接入后各节点的电压偏差，从根本上提升低压配电网并网运行中的电能质量。

除此之外，在规划设计的过程中还需要做好潮流计算，利用半步变量潮流推算法确定分布式光伏电站接入后系统的潮流波动情况，并对可能出现的潮流变向引起的各项问题进行针对性防护和处理，减少由潮流引起的低压配电网故障。

3.2.3    做好系统保护

（1）谐波抑制。我国对分布式光伏电站谐波情况非常重视，在安全接入过程中应按照《电能质量公用电网谐波》的相关指标严格控制谐波问题，避免造成装置误动或电能质量污染。如可利用有源电力滤波器来消除谐波，通过滤波器补偿有效解决电压波动问题;可在逆变器逆变过程中增加虚拟阻抗回路，利用该回路有效抑制谐波，减少其对各装置和线路的影响，提升分布式光伏电站接入低压配电网的可靠性。

（2）继电保护。应根据实际情况合理选择继电保护装置，一般可在接入点后方增设继电保护，这样既可以有效消除接入点电流骤增引起的波动，也可以实现装置的整定保护。现阶段分布式光伏电站接入低压配电网中的继电保护设置较为全面，在此不再赘述。

（3）孤岛检测。文献资料显示，分布式光伏电站与低压配电网并网运行过程中若电网失压，防孤岛保护必须在2 s内将光伏系统与电网断开，主动孤岛检测方法与被动孤岛检测方法至少采用一种。确定孤岛状态存在后，可直接通过智能控制快速切除。

4    结语

近年来，我国大力倡导环境保护型、资源节约型电力系统建设，实现了配电网中水力发电、风力发电、光伏发电等的大规模接入。在分布式光伏电站与低压配电网同规划过程中，必须做好电能计量、线损分析、潮流计算、继电保护等，在实际并网运行基础上优化电网结构、系统保护等，最大限度消除由光伏发电中电压波动、潮流谐波等产生的负面影响，使低压配电网安全、稳定运行。

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收稿日期：2021-04-01

作者简介：黄文亮（1984—），男，广东兴宁人，电力工程技术工程师，技师，从事计量管理、参与配网前期规划审核、线损管理等工作。