光伏电源对农村配电网电能质量的影响

陈慧颖 潘婷婷 罗志国 冯敏

摘要：作为发展前景广阔的清洁能源，光伏发电技术日趋成熟，应用场景日趋广泛，如何应对光伏电源接入对配电网电能质量的影响成为行业热点课题。本文在概述光伏发电原理的基础上，对光伏电源对农村配电网电能质量的影响进行探讨，并通过分析日常管理路径、具体优化措施等内容，提供了可行性较高的电能质量优化路径。

关键词：光伏电源;农村配电网;电能质量;影响

1光伏发电

光伏发电的原理，是利用半导体界面的光生伏特效应将太阳光能转变为电能，属于新型发电方法，是利用太阳能的重要方式。光伏发电装置的主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器等三大部分电子元器件构成，将太阳能电池串联展开并封装保护后形成大面积太阳电池组件，再与相关部件（功率控制器等）配合构建起光伏发电装置。通常光伏发电系统涵盖了太阳能电池板、主控制器、电容适配器以及交直流变换器、核心逆变器、充电器和蓄电池组等部件，其中太阳能电池板是由多晶硅经过特殊工艺加工的硅片组合而成。光伏发电系统主要应用于居民居住的附近场所，便于家庭应用。

光伏电源接入配电网时，其相位、频率必须和电网电压同步，在系统和电网闭合之前还必须使电压幅值跟踪电网电压。光伏电源入网前，频率、电压与相位必须符合表1所示的要求才允许并网。

2光伏电源对农村配电网电能质量的影响

2.1对农村配电网的积极影响

2.1.1有利于解决台区过载和低电压问题

农村配电线路和配电设备普遍偏老旧，用户分散不集中，存在台区布点少、线路供电半径长、线径小等问题，有的台区甚至远离负荷中心。随着农村用户用电需求的提升，特别在节假日和夏季用电高峰时期，部分台区出现过载，末端用户出现低电压，严重影响居民生活水平。

稳态运行状态下，传统配电网各负荷点的电压沿线路潮流方向逐渐降低。光伏电源接入后，将改变配电网的潮流分布，甚至出现逆向潮流，使馈线上的传输功率减小，导致光伏电源附近各负荷点处的电压升高，影响各负荷点的电压偏差。因此，在合适的位置接入光伏电源有利于配电线路上电压的提升，特別是光伏电源接入末端负荷点时，对末端电压提升明显。农村配电网线路末端低电压问题尤其突出，因此，在低电压台区或重载线路末端，可以优先考虑接入光伏电源来提升台区或配电线路末端用户的电压质量。

2.1.2有利于降低线路电能损耗

光伏电源减小配电线路电能损耗，体现在两个方面：一是光伏电源接入提升了配电线路的电压，负荷功率一定的情况下，负载电流减小，流过配电线路的电流也会减小，则线路损耗降低;二是光伏电源并网向电网输送电能，则电网向负载提供的功率会减少，减少的功率由光伏电源“就地上网，就地消纳”，则流过配电线路的电流减小，线路损耗随之降低。

2.1.3有利于削减夏季电网负荷高峰

光伏电源的功率与太阳光照密切相关，光照越强则输出的最大功率越高。夏季光照最充足，但由于天气炎热也是用电负荷最高的季节。夏季光伏电源并网的功率更高，起到削减夏季电网高峰负荷的作用，可以有效缓解电网的供电压力。

2.2对配电网的消极影响

2.2.1存在电压越限问题

光伏电源并网会使附近用户电压升高，当光伏电源并网功率较大、线路负荷较轻时，可能导致用户电压越上限。若考虑光伏并网功率调整好配电变压器档位，则在阴雨天或夜间光伏电源无功率输出时，可能导致台区配电变压器过载或用户电压越下限。农村配电变压器基本不具备有载调压功能，频繁停电调压会影响配电变压器寿命，且会引发用户投诉。若为补偿阴雨天气或夜间光伏电源出力，要求光伏客户配置一定容量的储能设备，增加光伏项目成本，并不现实。

2.2.2存在孤岛安全问题

孤岛是指电网停电后分布式电源带本地负载继续独立运行的现象，一般分为计划孤岛和非计划孤岛。目前，为保证供电安全，农村分布式光伏电源必须设置防孤岛装置，不允许其孤岛运行，即电网失压时光伏电源必须立即脱网停止运行。但受监测延迟影响，光伏电源可能无法立即感知发生孤岛，依然并网运行，一方面使电压频率和幅值不受控制，威胁本地负载安全;另一方面光伏电源会使配电线路带电，给电网检修带来安全隐患。

2.2.3其他方面的问题

光伏电源通过逆变器接入电网，可能会给电网带来电压波动、闪变及谐波污染等问题。而对光伏电源的电流、电压、频率等实时参数进行监测，也给配电网自动化和通信带来一定挑战。

3农村配电网优化电能质量的路径选择

3.1日常管理路径

为较好应对光伏电源带来的电能质量影响，农村配电网电能质量优化应做好以下几点：（1）供电部门应首先把好入网设备验收关，确保设备手续齐全、质量合格。在并网环节，重视电能质量的现场检测，严格按规定配置无功补偿装置，为满足无功就地平衡原则，需确保功率因数补偿后可达到90%;（2）基于光伏电源的并网点电网结构、发电容量、并联系方式制订相应的运行方式，规范调控人员的停送电操作，确保停送电操作严格按照规程规定和运方要求，避免电气误操作;（3）严格调度日常管理，光伏电源的解列、并网操作得到电网调度许可，在电网检修或出现事故时，必须严格执行电网调度下达的指令;（4）做好设备检修及运行方式管理工作，相关部门应严格执行“两票三制”，提前进行现场勘察，核对作业地点情况，合理选用安全措施，分布式光伏电源供电设备应视同带电设备，确保检修工作和停送电操作安全进行;（5）合理配置线路保护装置，一般配置光差保护和过电流保护，光伏电源切除时间要与重合闸动作时间相配合;（6）加装防“孤岛”装置，制订针对性安全措施，加强反“孤岛”运行安全防护。

3.2具体优化措施

为更好实现农村配电网电能质量优化，还可围绕光伏阵列在局部阴影下的最大功率点跟踪优化、基于混合有源滤波器的谐波抑制优化、基于并网逆变器复合控制策略的控制优化等方面进行探索，这类优化方式能够较好提升农村配电网电能质量，降低光伏发电并网带来的影响。并网逆变器复合控制策略采用双闭环控制方法，以基于光伏发电系统的无功功率和有功功率控制方法（PQ控制法）为基础，配合频率和电压的主动控制（即V/f控制），即通过对电网电压频率和幅值的实时监测，比较额定参考值，基于反向微调的方式对逆变电源的输出频率和电压进行调节，保证其能够与电网电压频率、幅值同步。

4结束语

随着习近平主席“碳达峰”、“碳中和”双谈目标的提出，光伏发电已成为我国电力事业发展的一个重要方向。通过利用太阳能转化的电能以满足当前快速增长的用电需求，作为一种可再生能源，可以一定程度上降低火力发电比重，助力双碳目标的实现。光伏电源的接入对农村配电网电能质量产生一定影响，为提高能源利用效率，本文就光伏电源对优化农村配电网电能质量的路径进行了探讨。

参考文献

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