華能（蘇州工業(yè)園區(qū)）發(fā)電有限責(zé)任公司 賈 環(huán)

煤炭作為不可再生能源，且其燃燒可對環(huán)境造成一定程度的破壞。但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不一樣。分布式光伏發(fā)電節(jié)約能源，減少煤炭資源的使用，同時(shí)對環(huán)境不造成污染、沒有噪聲，不需要燃料，符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新局面[1]。但分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)會造成多種影響，例如對其電網(wǎng)質(zhì)量可能會引起諧波畸變、電壓不穩(wěn)定等問題。則需要針對具體問題采取相應(yīng)的解決方案，以保證輸電電網(wǎng)可以正常、安全、高效的運(yùn)行。

1 分布式光伏發(fā)電的背景

太陽能作為一種可持續(xù)且無污染的資源，利用其發(fā)電可以滿足當(dāng)代國家的發(fā)展需求，也可以減少對煤炭資源的使用，從而起到保護(hù)環(huán)境的作用。分布式光伏發(fā)電的當(dāng)前背景如下：

1.1 社會背景

大量煤炭資源的燃燒，在短期時(shí)間內(nèi)雖對環(huán)境未造成多大破壞。但從長期效益上來看，這是一種不可取的方法。而且煤炭資源是不可再生資源，應(yīng)當(dāng)更加合理的利用。為了滿足當(dāng)前時(shí)代對于環(huán)境保護(hù)的迫切心情，清潔能源的需求在逐步增大。分布式光伏發(fā)電具有一定的社會支持，同時(shí)可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及社會效益的統(tǒng)一?？梢姺植际焦夥l(fā)電應(yīng)用電網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿^大[2]。電網(wǎng)中接入大量的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在運(yùn)行方式上會發(fā)生很大改變，在實(shí)際的操作過程中，各種安全問題就會成為分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的主要影響因素。

1.2 自我背景

分布式光伏發(fā)電利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，對于多余的電能可以轉(zhuǎn)化為各種形式的能源供用戶使用。為了分布式光伏發(fā)電得到有效利用，在使用發(fā)電系統(tǒng)組件產(chǎn)生的直流電之后，將繼續(xù)轉(zhuǎn)換為交流電進(jìn)行二次使用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不產(chǎn)生噪聲、沒有空氣污染、不排放廢水、不需要燃料，最關(guān)鍵的是太陽能電池的使用壽命長，有太陽就可以發(fā)電，滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在我國政府的大力支持以及國家的對應(yīng)幫助下，分布式光伏發(fā)電快速發(fā)展，具有較大潛力。但是，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模比較小，若大量接入，將會對當(dāng)前的配電網(wǎng)產(chǎn)生明顯影響。隨著配電網(wǎng)中接入的分布式光伏發(fā)電數(shù)量以及容量達(dá)到一定限度時(shí)，便會對配電網(wǎng)中各個(gè)方面造成相對應(yīng)的影響。

2 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，會造成多方面的影響。接下來將從配電網(wǎng)電能質(zhì)量、配電網(wǎng)的規(guī)劃、配電網(wǎng)的運(yùn)行安全問題以及對配電網(wǎng)的繼電保護(hù)方面分析對其產(chǎn)生的影響。

2.1 對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1.1 諧波畸變

分布式光伏發(fā)電采用的是電力電子轉(zhuǎn)換器，諧波電流就會因此引入到配電網(wǎng)中，導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓發(fā)生畸變。其影響發(fā)生畸變電壓的大小取決于光伏發(fā)電使用的電力電子轉(zhuǎn)換器的技術(shù)以及配置。同時(shí)，分布式光伏發(fā)電中配電網(wǎng)以及電抗的電容極容易引起諧振，從而將諧波畸變放大。

2.1.2 改變潮流方向

分布式光伏發(fā)電的接入位置和容量會影響配電網(wǎng)的電壓分布。分布式光伏發(fā)電的容量越大，其輸出的功率越高，接入的饋線節(jié)點(diǎn)電壓上升的就越快，容易發(fā)生潮流導(dǎo)向，接入點(diǎn)處造成光伏配電系統(tǒng)電壓的極大值。

2.1.3 電壓波動和閃變

由于分布式光伏發(fā)電以太陽能作為主要能源，這使其受到太陽輻射、地理環(huán)境、溫度等多種相關(guān)因素的影響，導(dǎo)致光伏發(fā)電輸出的功率上下波動，具有不穩(wěn)定性。而發(fā)電功率的不穩(wěn)定波動會引起電力配電系統(tǒng)的電壓波動，最終導(dǎo)致閃變。

2.2 對配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

根據(jù)分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)電能質(zhì)量中電壓波動和閃變可知，分布式發(fā)電的電量具有不穩(wěn)定性。為了以備不時(shí)之需，需要更大的電網(wǎng)作為備用。所以采用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并不能減少建設(shè)和改造配電網(wǎng)的費(fèi)用要求，同時(shí)，投資配電網(wǎng)建設(shè)改造的多少、以及系統(tǒng)網(wǎng)損的大小直接與光伏發(fā)電的效益相連[3]。采用分布式光伏發(fā)電后，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將從原來的單電源輻射狀，轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹蕉嚯娫垂?yīng)的結(jié)構(gòu)。對于大量分布式多電源配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)被淘汰，需要研究新型的計(jì)算分析和規(guī)劃設(shè)計(jì)的方法供其使用。分布式光伏電源的大量使用可以減少一定的建設(shè)投資，用戶也可以根據(jù)實(shí)際情況安裝分布式光伏發(fā)電電源但實(shí)際地理位置若是不合理，或發(fā)生一些其他不可知事件，可能會導(dǎo)致配電網(wǎng)的網(wǎng)損增加，可靠性降低，也很難精確的對電力負(fù)荷的增長以及空間符合的分布情況進(jìn)行預(yù)測。

2.3 對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

2.3.1 對三段式過流保護(hù)的影響

在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，分布式光伏發(fā)電的電源會產(chǎn)生故障電流。其產(chǎn)生與分布的地理位置、容量以及與其串聯(lián)的電抗值相關(guān)。同時(shí)影響了電網(wǎng)線路中保護(hù)對故障電流的判斷以及線路保護(hù)的靈敏性，可能會導(dǎo)致線路瞬間失去保護(hù)而誤動作。這就使故障發(fā)生具體位置不能進(jìn)行準(zhǔn)確定位，也不能及時(shí)保護(hù)電網(wǎng)的輸電線路。

2.3.2 對高壓熔斷器保護(hù)的影響

分布式光伏發(fā)電電源的接入改變了配電網(wǎng)之前的系統(tǒng)，變成了多端電源為用戶提供電量的系統(tǒng)。這一改變影響了熔斷保護(hù)，使得熔斷器不能選擇性地?cái)嚅_發(fā)生故障的電路。從而對配電網(wǎng)中相關(guān)輸電線路造成一定影響。

2.3.3 對距離保護(hù)的影響

距離保護(hù)在一些重要的輸電線路中，是一個(gè)不可缺少的常用保護(hù)手段。分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，相當(dāng)于在距離保護(hù)的上游部分增添了一個(gè)新的分支。這就導(dǎo)致配電網(wǎng)中的輸電線路縮小對其余線路的距離保護(hù)范圍。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中大多采用單電源和輻射狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式光伏發(fā)電打破了這種結(jié)構(gòu)，改變?yōu)榉稚⑹降亩鄠€(gè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的輸電線網(wǎng)中，潮流是單向流動的，并且故障的發(fā)生大都是瞬時(shí)間發(fā)生的。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)主要是根據(jù)繼電保護(hù)的選擇性，結(jié)合可靠性的原則，通過不同斷路器與熔斷器等等之間的共同配合，來實(shí)現(xiàn)對整個(gè)配電網(wǎng)的保護(hù)。而分布式光伏發(fā)電采用接入饋線的方式進(jìn)行配網(wǎng)自動化，當(dāng)某一未知部分發(fā)生故障時(shí)，該部分的主電源測端點(diǎn)和與分布式光伏電源連接的斷電都會流過分布式光伏電源提供的短路電流[4]。所以，對于傳統(tǒng)的故障定位原理而言，分布式光伏發(fā)電在并網(wǎng)的時(shí)候就很難應(yīng)用。

2.4 對配電網(wǎng)運(yùn)行安全的影響

2.4.1 對計(jì)量安全的影響

分布式光伏發(fā)電采用新的系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，并在客戶端安裝了特殊的計(jì)量表。這可能會導(dǎo)致用戶出現(xiàn)偷竊電量的可能，從而直接影響到計(jì)量電量的準(zhǔn)確性以及配電網(wǎng)的安全問題。其中，一些不法分子可以利用并接電流和改接的方式竊電，導(dǎo)致電能表失靈，不能準(zhǔn)確地讀取用戶使用的電量，最終會對電量的統(tǒng)計(jì)數(shù)值造成實(shí)際影響。在交流電輸電過程中，如果出現(xiàn)負(fù)載的功率高于供電系統(tǒng)提供的功率，便會將用戶用電和光伏電源進(jìn)行交融。不法分子主要是通過線路改接來提高計(jì)量表所示的電流數(shù)值，偽造電量獲取政府高額的電量補(bǔ)貼等等。這是一種犯法的行為，同時(shí)也會對國家電網(wǎng)的安全造成一定程度上的威脅。

2.4.2 對檢修安全的影響

在多數(shù)情況下，分布式光伏發(fā)電采用的是用戶側(cè)并網(wǎng)。若在符合與處理平衡的時(shí)候，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)便會出現(xiàn)孤島運(yùn)行問題。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過一個(gè)斷路器并入配電網(wǎng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)動作會迅速斷開另一個(gè)斷路器，但此時(shí)對應(yīng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)斷路器，沒有在一定時(shí)間范圍之間斷開，便會形成孤島問題。如果在發(fā)生了孤島問題的情況下，輸電系統(tǒng)仍然向部分用戶提供電量，就會對其人身安全造成影響。在對發(fā)生故障的電路進(jìn)行檢修時(shí)，檢修人員可能會因?yàn)橐恍┹^為細(xì)節(jié)的小故障未及時(shí)得到解決，發(fā)生不可預(yù)料的事故。

2.4.3 對網(wǎng)損的影響

DG 的容量、位置、負(fù)荷量的大小和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素都會對分布式光伏發(fā)電的網(wǎng)損造成影響。在負(fù)荷附近接入DG，當(dāng)該點(diǎn)處的DG 發(fā)電量都小于配網(wǎng)點(diǎn)中全部負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量時(shí)，配電網(wǎng)中所有的輸電線路的損耗會減??；反之，當(dāng)配電網(wǎng)中只要出現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷電量小于該點(diǎn)處的DG 發(fā)電量時(shí)，就會導(dǎo)致處于配電網(wǎng)中的某些輸電線路損耗增加，但是對于總體輸電線路的損耗來說，它的損耗是變小的[5]。

2.4.4 對配電網(wǎng)電壓的影響

分布式光伏電壓并入配電網(wǎng)時(shí)，輸電線路的電壓會升高，若進(jìn)一步升高，可能會出現(xiàn)電壓越界的問題。在太陽能光照不足時(shí)，就會出現(xiàn)電源功率較低的情況，嚴(yán)重時(shí)會停止運(yùn)行。

3 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)影響的應(yīng)對措施

3.1 對配電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的的解決措施

有關(guān)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響涉及到三個(gè)方面，分別是：諧波畸變、改變潮流方向以及電壓波動和閃變問題。為解決這些問題，需要抑制這三個(gè)方面帶來的影響。首先，為防止諧波畸變，可以將逆變器并聯(lián)在一起再運(yùn)行，這樣可以提高直流側(cè)的容量，提高配電網(wǎng)的發(fā)電功率，有效地降低諧波畸變帶來的影響。另一種方法是采用一種叫做有源濾波的技術(shù)。它是通過有無功率的共同配合、控制來降低影響的。此外，為了降低電壓波動和閃變帶來的影響，可以將分布式發(fā)電的無功補(bǔ)償和有無功輸出控制進(jìn)行結(jié)合，并且進(jìn)行無功調(diào)節(jié)，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，從而達(dá)到降低電壓波動和閃變影響的效果。分布式光伏發(fā)電的電壓具有波動性，可限制其發(fā)電的容量，來提高分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的調(diào)節(jié)能力，將電壓穩(wěn)定在較小的范圍內(nèi)。

3.2 提高技術(shù)，更新設(shè)備

在對原來的技術(shù)參數(shù)、控制特性等研究問題的前提下，需要對光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量、網(wǎng)損、計(jì)量以及應(yīng)用規(guī)模等多個(gè)方面進(jìn)行深入研究。提高相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)水平，更新分布式光伏發(fā)電使用的設(shè)施，可以進(jìn)一步確保電網(wǎng)的準(zhǔn)確性，讓電網(wǎng)可以正常運(yùn)行。

3.3 對配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響的解決措施

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)之后，保護(hù)重合閘存在故障的地方會出現(xiàn)其電弧持續(xù)時(shí)間變長的問題。為解決這一問題，可以將重合閘的時(shí)延適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行延長處理。光伏發(fā)電測重合閘繼電器應(yīng)檢同期，同時(shí)系統(tǒng)測應(yīng)檢線路應(yīng)該是沒有電壓的，這是為了避免發(fā)生非同期合閘的安全問題。在實(shí)際應(yīng)用過程中，用戶可以根據(jù)自己需求來選擇接入發(fā)電電源的數(shù)量。但以保安全，當(dāng)分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)的容量超出了其所能承受的范圍時(shí)，需要對保護(hù)的靈敏性進(jìn)行校驗(yàn)，還要在電流保護(hù)的地方安裝方向繼電器。

3.4 降低網(wǎng)損的措施

網(wǎng)損主要與DG 的容量、位置、負(fù)荷量的大小等等因素有關(guān)。因此對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的位置進(jìn)行合理的規(guī)劃，科學(xué)的計(jì)算并分布電網(wǎng)并網(wǎng)的容量，可有效降低網(wǎng)損。分布式光伏發(fā)電具有容量小，數(shù)量多的特點(diǎn)。小容量的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，光伏接入點(diǎn)的距離母線的距離與網(wǎng)損成反比。所以實(shí)際運(yùn)行過程中，盡可能的保證在輸電線路的末尾處，分布式光伏發(fā)電的設(shè)備所接入的容量小于負(fù)荷功率需求，此時(shí)光伏接入的容量越多，網(wǎng)損就越小。因此，可通過控制其來降低網(wǎng)損的大小。

綜上，分布式光伏發(fā)電對太陽能進(jìn)行有效利用，不燃燒煤炭，且不污染環(huán)境，符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的需求。但將分布式光伏發(fā)電的電源接入配電網(wǎng)之后，對電能質(zhì)量、繼電保護(hù)等方面均會產(chǎn)生一系列的影響。需要專業(yè)的技術(shù)人員掌握更先進(jìn)的相關(guān)知識，結(jié)合先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備，進(jìn)行多次研究對并網(wǎng)位置、并網(wǎng)容量等因素進(jìn)行合理規(guī)劃，保證中國電網(wǎng)可以安全運(yùn)行。