光伏電源對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

陳慧穎 潘婷婷 羅志國(guó) 馮敏

摘要：作為發(fā)展前景廣闊的清潔能源，光伏發(fā)電技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用場(chǎng)景日趨廣泛，如何應(yīng)對(duì)光伏電源接入對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響成為行業(yè)熱點(diǎn)課題。本文在概述光伏發(fā)電原理的基礎(chǔ)上，對(duì)光伏電源對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響進(jìn)行探討，并通過(guò)分析日常管理路徑、具體優(yōu)化措施等內(nèi)容，提供了可行性較高的電能質(zhì)量?jī)?yōu)化路徑。

關(guān)鍵詞：光伏電源;農(nóng)村配電網(wǎng);電能質(zhì)量;影響

1光伏發(fā)電

光伏發(fā)電的原理，是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，屬于新型發(fā)電方法，是利用太陽(yáng)能的重要方式。光伏發(fā)電裝置的主要由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器等三大部分電子元器件構(gòu)成，將太陽(yáng)能電池串聯(lián)展開并封裝保護(hù)后形成大面積太陽(yáng)電池組件，再與相關(guān)部件（功率控制器等）配合構(gòu)建起光伏發(fā)電裝置。通常光伏發(fā)電系統(tǒng)涵蓋了太陽(yáng)能電池板、主控制器、電容適配器以及交直流變換器、核心逆變器、充電器和蓄電池組等部件，其中太陽(yáng)能電池板是由多晶硅經(jīng)過(guò)特殊工藝加工的硅片組合而成。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于居民居住的附近場(chǎng)所，便于家庭應(yīng)用。

光伏電源接入配電網(wǎng)時(shí)，其相位、頻率必須和電網(wǎng)電壓同步，在系統(tǒng)和電網(wǎng)閉合之前還必須使電壓幅值跟蹤電網(wǎng)電壓。光伏電源入網(wǎng)前，頻率、電壓與相位必須符合表1所示的要求才允許并網(wǎng)。

2光伏電源對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)的積極影響

2.1.1有利于解決臺(tái)區(qū)過(guò)載和低電壓?jiǎn)栴}

農(nóng)村配電線路和配電設(shè)備普遍偏老舊，用戶分散不集中，存在臺(tái)區(qū)布點(diǎn)少、線路供電半徑長(zhǎng)、線徑小等問(wèn)題，有的臺(tái)區(qū)甚至遠(yuǎn)離負(fù)荷中心。隨著農(nóng)村用戶用電需求的提升，特別在節(jié)假日和夏季用電高峰時(shí)期，部分臺(tái)區(qū)出現(xiàn)過(guò)載，末端用戶出現(xiàn)低電壓，嚴(yán)重影響居民生活水平。

穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，傳統(tǒng)配電網(wǎng)各負(fù)荷點(diǎn)的電壓沿線路潮流方向逐漸降低。光伏電源接入后，將改變配電網(wǎng)的潮流分布，甚至出現(xiàn)逆向潮流，使饋線上的傳輸功率減小，導(dǎo)致光伏電源附近各負(fù)荷點(diǎn)處的電壓升高，影響各負(fù)荷點(diǎn)的電壓偏差。因此，在合適的位置接入光伏電源有利于配電線路上電壓的提升，特別是光伏電源接入末端負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，對(duì)末端電壓提升明顯。農(nóng)村配電網(wǎng)線路末端低電壓?jiǎn)栴}尤其突出，因此，在低電壓臺(tái)區(qū)或重載線路末端，可以優(yōu)先考慮接入光伏電源來(lái)提升臺(tái)區(qū)或配電線路末端用戶的電壓質(zhì)量。

2.1.2有利于降低線路電能損耗

光伏電源減小配電線路電能損耗，體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是光伏電源接入提升了配電線路的電壓，負(fù)荷功率一定的情況下，負(fù)載電流減小，流過(guò)配電線路的電流也會(huì)減小，則線路損耗降低;二是光伏電源并網(wǎng)向電網(wǎng)輸送電能，則電網(wǎng)向負(fù)載提供的功率會(huì)減少，減少的功率由光伏電源“就地上網(wǎng)，就地消納”，則流過(guò)配電線路的電流減小，線路損耗隨之降低。

2.1.3有利于削減夏季電網(wǎng)負(fù)荷高峰

光伏電源的功率與太陽(yáng)光照密切相關(guān)，光照越強(qiáng)則輸出的最大功率越高。夏季光照最充足，但由于天氣炎熱也是用電負(fù)荷最高的季節(jié)。夏季光伏電源并網(wǎng)的功率更高，起到削減夏季電網(wǎng)高峰負(fù)荷的作用，可以有效緩解電網(wǎng)的供電壓力。

2.2對(duì)配電網(wǎng)的消極影響

2.2.1存在電壓越限問(wèn)題

光伏電源并網(wǎng)會(huì)使附近用戶電壓升高，當(dāng)光伏電源并網(wǎng)功率較大、線路負(fù)荷較輕時(shí)，可能導(dǎo)致用戶電壓越上限。若考慮光伏并網(wǎng)功率調(diào)整好配電變壓器檔位，則在陰雨天或夜間光伏電源無(wú)功率輸出時(shí)，可能導(dǎo)致臺(tái)區(qū)配電變壓器過(guò)載或用戶電壓越下限。農(nóng)村配電變壓器基本不具備有載調(diào)壓功能，頻繁停電調(diào)壓會(huì)影響配電變壓器壽命，且會(huì)引發(fā)用戶投訴。若為補(bǔ)償陰雨天氣或夜間光伏電源出力，要求光伏客戶配置一定容量的儲(chǔ)能設(shè)備，增加光伏項(xiàng)目成本，并不現(xiàn)實(shí)。

2.2.2存在孤島安全問(wèn)題

孤島是指電網(wǎng)停電后分布式電源帶本地負(fù)載繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)行的現(xiàn)象，一般分為計(jì)劃孤島和非計(jì)劃孤島。目前，為保證供電安全，農(nóng)村分布式光伏電源必須設(shè)置防孤島裝置，不允許其孤島運(yùn)行，即電網(wǎng)失壓時(shí)光伏電源必須立即脫網(wǎng)停止運(yùn)行。但受監(jiān)測(cè)延遲影響，光伏電源可能無(wú)法立即感知發(fā)生孤島，依然并網(wǎng)運(yùn)行，一方面使電壓頻率和幅值不受控制，威脅本地負(fù)載安全;另一方面光伏電源會(huì)使配電線路帶電，給電網(wǎng)檢修帶來(lái)安全隱患。

2.2.3其他方面的問(wèn)題

光伏電源通過(guò)逆變器接入電網(wǎng)，可能會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)電壓波動(dòng)、閃變及諧波污染等問(wèn)題。而對(duì)光伏電源的電流、電壓、頻率等實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也給配電網(wǎng)自動(dòng)化和通信帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。

3農(nóng)村配電網(wǎng)優(yōu)化電能質(zhì)量的路徑選擇

3.1日常管理路徑

為較好應(yīng)對(duì)光伏電源帶來(lái)的電能質(zhì)量影響，農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：（1）供電部門應(yīng)首先把好入網(wǎng)設(shè)備驗(yàn)收關(guān)，確保設(shè)備手續(xù)齊全、質(zhì)量合格。在并網(wǎng)環(huán)節(jié)，重視電能質(zhì)量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，嚴(yán)格按規(guī)定配置無(wú)功補(bǔ)償裝置，為滿足無(wú)功就地平衡原則，需確保功率因數(shù)補(bǔ)償后可達(dá)到90%;（2）基于光伏電源的并網(wǎng)點(diǎn)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、發(fā)電容量、并聯(lián)系方式制訂相應(yīng)的運(yùn)行方式，規(guī)范調(diào)控人員的停送電操作，確保停送電操作嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)定和運(yùn)方要求，避免電氣誤操作;（3）嚴(yán)格調(diào)度日常管理，光伏電源的解列、并網(wǎng)操作得到電網(wǎng)調(diào)度許可，在電網(wǎng)檢修或出現(xiàn)事故時(shí)，必須嚴(yán)格執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度下達(dá)的指令;（4）做好設(shè)備檢修及運(yùn)行方式管理工作，相關(guān)部門應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行“兩票三制”，提前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，核對(duì)作業(yè)地點(diǎn)情況，合理選用安全措施，分布式光伏電源供電設(shè)備應(yīng)視同帶電設(shè)備，確保檢修工作和停送電操作安全進(jìn)行;（5）合理配置線路保護(hù)裝置，一般配置光差保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)，光伏電源切除時(shí)間要與重合閘動(dòng)作時(shí)間相配合;（6）加裝防“孤島”裝置，制訂針對(duì)性安全措施，加強(qiáng)反“孤島”運(yùn)行安全防護(hù)。

3.2具體優(yōu)化措施

為更好實(shí)現(xiàn)農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量?jī)?yōu)化，還可圍繞光伏陣列在局部陰影下的最大功率點(diǎn)跟蹤優(yōu)化、基于混合有源濾波器的諧波抑制優(yōu)化、基于并網(wǎng)逆變器復(fù)合控制策略的控制優(yōu)化等方面進(jìn)行探索，這類優(yōu)化方式能夠較好提升農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量，降低光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來(lái)的影響。并網(wǎng)逆變器復(fù)合控制策略采用雙閉環(huán)控制方法，以基于光伏發(fā)電系統(tǒng)的無(wú)功功率和有功功率控制方法（PQ控制法）為基礎(chǔ)，配合頻率和電壓的主動(dòng)控制（即V/f控制），即通過(guò)對(duì)電網(wǎng)電壓頻率和幅值的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，比較額定參考值，基于反向微調(diào)的方式對(duì)逆變電源的輸出頻率和電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證其能夠與電網(wǎng)電壓頻率、幅值同步。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著習(xí)近平主席“碳達(dá)峰”、“碳中和”雙談目標(biāo)的提出，光伏發(fā)電已成為我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。通過(guò)利用太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化的電能以滿足當(dāng)前快速增長(zhǎng)的用電需求，作為一種可再生能源，可以一定程度上降低火力發(fā)電比重，助力雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。光伏電源的接入對(duì)農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，為提高能源利用效率，本文就光伏電源對(duì)優(yōu)化農(nóng)村配電網(wǎng)電能質(zhì)量的路徑進(jìn)行了探討。

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