浅析分布式光伏对配电网的影响

何德卫

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 528000）

分布式光伏发电通过安装在住宅或商业建筑屋顶的发电模块产生电能，并输送到配电网中，具有自发自用、就地消纳、干净清洁等特点，可在一定程度上缓解部分缺电地区用电紧张的问题，也可缓解用电高峰时的供电压力。但随着分布式光伏发电规模的持续扩大，分布式光伏电能对电网的影响越来越不容忽视。研究分布式光伏发电并网对配电网的影响并提出相关解决措施对配电网安全稳定具有重要意义。

1 分布式光伏发展现状

分布式电源作为一种自发自用的能源，可作为集中供电方式的补充。将配电网与分布式电源相结合，在一定程度上解决电力系统事故后电力供应的问题，节省电力建设投资，提高配电网调度灵活度以及满足配电网对于供电可靠性的要求。

分布式电源安装在用户端，以太阳能、风能、生物质能等发电方式最为常见，单机装机容量不超过6 MW 并且通常以10 kV 及以下电压等级接入配电网。分布式电源建设成本小且清洁低碳，组网并网方式比较灵活，因此越来越广泛地被应用到电力系统中。分布式光伏发电一般是安装在住宅或商业建筑楼顶的光伏发电项目，具有自发自用、选址灵活、余量上网等特点与优势，是我国大力发展的未来发电方式之一。

随着国家密集出台相关分布式光伏能源政策，分布式光伏能源逐年快速增长，截至2019年底全国分布式光伏总装机容量达6453 万kW，占光伏发电量总量超30%。图1 为2014—2020 年分布式光伏发电累计装机容量所占比重变化。

图1 分布式光伏发电装机容量占比

2 分布式光伏对配电网的影响

2.1 对电能质量的影响

分布式光伏电源并入配电网后对电能质量的影响通常体现在谐波污染、电压波动等方面。分布式光伏发电产生的直流电须经过逆变器调制为交流电后才能并入配电网，但并网逆变器在高频调制直流电过程中容易产生谐波，谐波经并联输出后放大，存在难以预测与治理的问题。此外，分布式光伏发电极易受天气影响，输出功率波动较大，并网后将对电网的电压质量造成一定程度上的影响。随着分布式光伏电源的大量接入，配电网系统的功能也随之改变，由电能分配系统转变为集电能收集、传输、分配于一体的信息配电网系统。

解决措施：分布式光伏发电项目在规划阶段应设计满足IEC 61000-4-30 标准要求的电能质量在线监测装置，在并网点安装谐波抑制装置，使得谐波电压能够满足GB/T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》的相关要求。

2.2 对配电网运行控制的影响

当大规模分布式光伏发电并网接入配电网时，光照强度的变化将导致分布式光伏发电输出功率的大幅度波动，从而使得电网运行规划人员难以精确预测负荷增长变化，影响电网调度以及光伏发电的有效利用。由于分布式光伏发电并网，传统发电与运行计划不再适用新型配电网，须考虑到光伏发电的不确定性，进一步准确预测配电网短期负荷。随着分布式光伏发电装机的规模持续扩张，配电网调峰、调频的压力也与之俱增。虽然分布式光伏发电可在电力系统事故后起到支撑作用，但光伏发电的调峰能力较差，并且随着分布式光伏发电穿透功率的增加，电力系统内的峰谷差将进一步扩大。

大规模分布式光伏发电并入配电网将使得配电网的分布式电源系统呈现出多点、多地分散的特点。当多点、多地分散的分布式光伏电源及其他分布式电源同时并网时，传统的无功调度与电源控制策略不再适用，若协调不好各分布式电源之间的运行计划，那么将对电网调峰、电压稳定以及频率稳定带来较大的影响，增大了配电网运行控制的难度。

解决措施：结合大数据与人工智能技术，研发分布式光伏发电功率预测技术；结合新型配电网模型与自动控制技术，研发分布式电源协调控制技术；智能化改造分布式光伏发电装置，使其具备自身功率与电能质量可控性。

对于分布式光伏发电功率预测技术，可构建深度学习网络或神经网络进行训练预测，训练样本为发电装置装设地的光照强度、环境温度以及发电功率等数据。由于神经网络具有强大的泛化性能，通常能够提供具有参考价值的预测结果。对于分布式光伏发电功率波动较大的问题，可考虑为光伏发电装置配备小型储能装置，可有效平抑输出功率波动，并且能够补偿光伏发电功率预测时的误差。在遵循分布式光伏发电等新能源优先调度的前提下，实现全配电网各电源的自动化发电控制，在保障配电网安全稳定运行的同时，又能够最大程度的消纳光伏出力，为电网公司双碳目标的实现作出贡献。

2.3 孤岛效应

分布式光伏发电并入配电网后，可在配电网发生故障时支撑局部地区的供电。但当配电网发生故障解列时，由于分布式光伏发电装置目前尚未有较好的检测方法，光伏发电在配电网解列后仍然向配电网供电，此时就会造成孤岛效应。分布式光伏发电对局部电网持续供电，但对于非计划内的局部区域供电将会威胁到电网检修人员的人身安全。此外，局部区域供电造成的孤岛电网与配电网主网非同步重合闸将造成操作过电压，对设备及电网的安全运行造成威胁。

解决措施：研发科学有效的电网孤岛检测方法，孤岛效应的检测技术可分为主动检测方法、被动检测方法以及故障信号监测方法3大类。

主动式孤岛检测方法通过并网逆变器输出扰动功率实现，当电网发生故障时，逆变器输出的扰动功率累积并触发孤岛效应检测装置，从而使得孤岛能够被精确检测。当电网正常运行时，由于电网的平衡作用，并网逆变器输出的具有一定频率与相位的扰动功率将无法被检测到。但主动式的孤岛检测方法将对电网的电能质量造成一定影响。

被动式孤岛检测方法通过检测电网解列停电时并网逆变器输出的电压频率、相位或谐波的变化来实现孤岛效应检测。但当分布式光伏输出功率与孤岛负载功率平衡时，被动式检测方法无法检测出孤岛的存在。目前主流的孤岛检测方法是将被动式孤岛检测与主动式孤岛检测方法相结合。

故障信号监测方法主要通过电网侧的监控装置在配电网发生故障发送控制信号实现，分布式光伏发电装置接收到控制信号时停止运行，及时切断与电网的并联运行。

3 结束语

本文在介绍分布式光伏发电发展现状的基础上，指出分布式光伏发电并网将对配电网产生三个方面的影响，分别为影响配电网电能质量、增加配电网运行控制难度以及产生孤岛效应。并针对三种影响提出了相应的解决措施，保障配电网接入分布式光伏发电后的稳定与安全运行。