分布式电源光伏发电对低压电网的影响及路径研究

2023-08-22张建功马阳阳

通信电源技术 2023年11期

关键词：孤岛电能分布式

张建功，马阳阳

（国网河北省电力有限公司沧州供电分公司，河北沧州 061001）

0 引言

随着电力系统的发展和环保要求的不断提高，分布式光伏发电项目受到了更多的关注。为更好地发挥其实际作用，满足并网发电要求，结合低压电网运行情况，针对光伏并网带来的问题进行探讨，以便更好地维持电力系统的控制水平。

1 分布式光伏发电概述

1.1 内涵

分布式光伏指用户在其所在区域或者附近建筑安装的光伏发电设施，产生的电能由用户自发自用，发电系统平衡调节为其基本特征。相较于大电网运行体系，分布式光伏发电站距离电力用户更近，实现了电能的就近消纳。依据并网特性和运行方式的差异性，分布式光伏发电系统主要包括离网型分布式光伏发电系统、多能互补微电网发电系统、并网光伏发电系统等[1]。

1.2 接入方式

在分布式光伏发电系统的并网处理工作中，为避免低压电网电压超标以及大电流对分布式电源产生影响，要依据实际情况选取适配的变压器，并结合变压器的电压等级和装机容量落实规范化接入方案，它们之间的关系如表1 所示。

与此同时，完成接入方案后，在并网处理工作中实现系统电能的常态化输出。若高压和低压2 级均具备接入条件，则优先选取低压等级接入，从而减少并网造成的影响[2]。

2 分布式光伏发电对低压电网产生的影响

2.1 影响电能质量

结合分布式光伏发电情况和低压电网运行状态评估，系统与低压电网并网后，逆变器采取高频调制的方式完成发电工作，这就增加了谐波的产生概率。在大电网以及分布式光伏发电系统并行作业的情况下，尽管输出电能在电压参数方面维持一致，但是因为谐波增大造成电能质量不佳。与此同时，分布式光伏发电系统的主要能量源是太阳，在出现阴天、多云或者是降雨、降雪等天气时，太阳能供给不足，使得分布式光伏发电系统的运行效率也会随之大打折扣，增加了系统供能过程的不稳定性，必然会对并网状态下的低压电网电能输出效果造成影响，甚至会出现强烈电压波动甚至闪变问题。

另外，低压电网中并入分布式光伏发电系统增加了运行结构的复杂性，使得电能的集中分配和传输过程均受到影响。低压电网的电压分布受分布式光伏发电系统接入位置以及容量等情况的影响，出现异常的潮流变化，增加了电网运行管理的压力，也会直接制约电能质量效果。例如，容量增加使得输入功率增大，接入馈线节点的电压数值也会随之升高。此时，潮流倒送等问题也会出现，使得接入点的低压电网运行系统电压值异常[3]。

2.2 形成孤岛效应

在低压电网运行过程中，分布式光伏发电系统的接入会引发孤岛效应，模型如图1 所示。

图1 孤岛效应模型

光伏发电系统可看作电流源，大电网可看作电压源。正常工作时由于大电网的影响，光伏发电系统与大电网保持一致。而当电网因故障设备检修等停止工作时，分布式光伏发电系统未及时获取信息，就会以常态化的模式继续向负荷供电。此时不仅会造成严重的电能浪费，还会对电网检修以及维护管理工作的安全性造成影响，甚至会出现工作人员伤亡的问题。若分布式光伏发电系统在运行中出现异常，大电网在没有及时获取信息的情况下无法停止电能的供给，电能就会直接流入分布式光伏发电系统，往往会造成系统三相负荷的欠相供电[4]。

2.3 影响继电保护

目前，我国低压电网运行体系一般采取单电源或者放射性配电网络应用模式，而在分布式光伏发电系统并入后，会对低压电网的网络拓扑结构产生影响，从而对继电保护的灵敏度以及选择性造成不同程度的影响。

第一，影响三段式过流保护动作。光伏发电电源在低压电网发生故障后，由于分布位置、容量参数以及串联电抗值等情况的作用，会产生对应的故障电流，而传统的继电保护装置并未计及光伏发电系统的影响。因而保护动作的灵敏度不足，甚至会出现保护误动或者拒动等问题。

第二，影响高压熔断器的运行过程。低压电网并入分布式光伏发电系统后，会形成多端电源供电系统接入模式，此时熔断器的保护作用无法实现全面覆盖，只能完成电网系统断开后故障支路的处理，降低了原有设备故障处理的选择性优势，也会对整体继电保护效能产生制约作用[5]。

第三，影响距离保护。因为馈线本身具有特定的保护范围，在分布式光伏发电接入配电网后，就会对馈线的保护范围形成不同程度的影响，此时对应的保护范围出现异常，导致保护段的实际保护效能受限。

2.4 增加低压电网网络损耗

将分布式光伏发电系统并入低压电网也会对网络损耗产生影响，接入低压电网时，越接近末端，对应的损耗越大。当并网容量达到一定负荷时，会向配电网倒送功率，此时系统网络损耗也会随之增加。

3 低压电网应对分布式光伏发电并网问题的措施

在全面分析分布式光伏发电特殊性后，要结合低压电网运行管理要求和分布式光伏发电特点，落实更加可控的处理方案，确保并网后整体系统运行管理的基本水平，降低安全隐患概率，维持综合控制工作的高效运转。

3.1 提高电能质量

分布式光伏发电系统并网后，必然会对电能质量产生不同程度的影响，但是基于统筹控制管理的要求，可以采取相应的措施尽量降低影响的范围和幅度，更好地维持整体电网参数控制的水平，实现可控化管理[6]。

首先，要从项目规划阶段落实项目分析工作，全面评估分布式光伏发电系统产生的影响，落实更加规范且可控的电能质量治理控制方案，确保分布式系统配置处理工作合理且有效，同时要在并网前进行相应的测试工作，保证光伏系统功能测试结果符合电能质量应用控制标准。以10 MW 装机容量作为基准，谐波控制有效性参数要维持在60%以上，此时供电稳定性较好。

其次，要结合具体的应用要求选取适配设备。目前，大容量蓄电池的研究不断增多，系统实现光电转换并不是将电能直接输送到低压电网中，而是以蓄电池作为媒介，将电能输送到蓄电池中进行存储和控制，确保电能存储的及时性和规范性，以便在系统故障或者不良天气条件下依旧能处于良好的运行管理状态，维持分布式光伏发电系统控制管理的稳定性。在蓄电池设置方面，容量要在16 ～32 h 发电总量以上，以便更好地维持临时性输电以及稳定性输电的基本水平[7]。

最后，为更好地避免谐波畸变等问题对低压电网运行质量产生影响，可借助相应的技术处理机制落实控制方案。一方面，借助逆变器并联运行方式，提高直流侧容量的同时，保证逆变器能在高效率工作区内优化发电功率，更好地减少谐波含量。另一方面，借助有源滤波技术方案，建立有功功率和无功功率综合控制的模式，抵消产生的谐波分量，更好地维护整个低压电网运行管理的基本水平。

3.2 处理孤岛效应

为更好地避免孤岛效应造成的不良影响，要从技术性检测入手，确保相应的处理工序和应用技术流程合理有效，最大限度维护技术管理的效果。因为孤岛效应很难进行规律的总结，所以要建立分布式监控约束机制，更好地维护总体作业的运行效率。在分布式光伏发电系统和低压电网并网点设置相应的设备，以便能及时汇总电网实时性动态数据。当电网工作出现异常或故障时，及时停止供电，并且将相关信息数据回传到管理端，从而切断分布式光伏发电系统的供电。与此同时，将剩余电量存储在大容量蓄电池中，当蓄电池处于饱和状态，则停止发电。设备能及时了解分布式光伏发电系统的变化，及时发送报警信息，最大限度上保证系统不会受到孤岛效应的影响[8]。除此之外，针对三相负荷不平衡，可设置相应的自动调节装置，建立有效的控制模式，如图2 所示。