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摘要：国家为了调整能源结构、保障能源安全、促进节能减排、保护生态环境，实现经济社会可持续发展，从2006年起，陆续出台了支持光伏发电等可再生能源发展的一系列配套政策。特别是2012年以来国家有关部门进一步加大光伏产业扶持力度，密集出台支持政策。我国分布式光伏并网发电呈现快速增长的势头，因此对分布式光伏对配电网的影响研究很有必要，本文从研究分布式光伏发电的运行特性入手，逐步推导出对配电网的影响。
关键词：分布式；光伏；配网
1分布式光伏发电的运行特性
分布式光伏发电按接入位置可分为两类，一类以家庭、厂矿建筑光伏为代表，通过用户内部电网接入配电网；另一类通过专线直接接入电网企业变电站。光伏发电输出功率与日照及其他环境因素密切相关，采用的并网逆变器中的电力电子装置会产生谐波，同时功率的波动会造成配网电压的波动和闪变，主要运行特性如下。
1.1有功出力
输出功率跟随日照强度的变化呈现典型的单峰特性，中午11点值下午13点期间出力达到峰值，夜间无有功出力。日间平均出力分布较为均匀，整体变化趋势是随着有功出力的增大，分布概率减小。投运1年左右的光伏电站，出力最大值约为装机容量的93%。一天内发电站每分钟平均出力的波动范围较大，最大约为电站总容量的25%。江淮、黄淮地区典型光伏电站的年利用小时数约为900～1200小时，见图1。
2分布式光伏发电对配电网的影响
分布式发电主要接入配电网，大量分布式发电的接入使得配电系统从放射状结构变为多电源结构，配网潮流的大小和方向有可能发生显著改变，将对电力系统尤其是配电网的静态特性、继电保护和电能质量产生影响。随着未来分布式电源的大规模接入，对配电网的影响主要归纳为如下方面。
2.1对配电网规划的影响
由于分布式发电可就地平衡部分负荷，且分布式发电类型、容量、安装地点以及投入时间难以预测，随着分布式发电的大量接入，将导致配电网网供负荷（总量、分区和分电压等级）预测难度加大，给配电网规划带来不确定性，整体上增大配电网建设和改造的规模及技术难度。
分布式发电接入对配电网的影响主要集中在潮流、损耗、电压分布等方面。
2.2.1对潮流的影响
分布式发电接入使配网的潮流大小、方向产生较大变化，潮流流动的方向可能出现经常性的改变，进而对电压分布、损耗、电能质量、暂态稳定、继电保护等产生影响，因此分布式发电接入应尽量遵循就地消耗的原则。
2.2.2对网损的影响
分布式发电的接入位置和容量将给配网损耗带来一定影响。合理的分布式发电布置方案可以在一定程度上减少配电系统损耗，且分布式发电并网后，配电网络的最优运行结构也随分布式发电并网位置及容量的不同而变化。从较少损耗的角度考虑，尽量将小容量的分布式发电配置在输电线末段附近，将大容量分布式发电配置在变电所及母线附近合适的位置。但当分布式发电的出力大于等于2倍的分布式发电接入点母线的负荷时，分布式发电接入任何位置都会增加馈线损耗，且接入位置越接近末端，损耗增加越多。
2.2.3对电压分布的影响
分布式发电的接入位置和容量将会给配电网电压分布带来一定影响。分布式发电接入时，接入馈线上越靠近末端的节点电压增加量比越靠近前端的节点大，大容量分布式发电在线路末端接入会使某些节点电压高于允许上限；当分布式发电容量越大，出力越多，各节点电压上升越大，分布式发电足够大时，潮流倒向，接入点电压形成系统局部的电压极大值；同样渗透率的分布式发电，分散接入比集中接入一个位置对电压的支撑作用要大。
2.3对配电网继电保护的影响
配电网是作为单电源网络规划的，随着分布式发电的接入，配电网转化为多电源网络，原有的某些继电保护系统就会受到一定影响。这是分布式发电接入所导致的配电网保护问题的根本原因。分布式发电对配电网继电保护造成影响，主要表现在以下几个方面：
2.3.1对三段式过流保护的影响
分布式发电接入配电网以后，在故障发生时必然将对故障点产生故障电流，影响故障电流的水平。其影响大小与分布式发电的容量及所串联的电抗值大小有关，有可能产生以下问题：
a导致本线路保护动作的灵敏度降低，严重时甚至拒动；
b导致本线路保护误动作；
c导致相邻线路的瞬时速断保护误动作，失去选择性。
2.3.2对反时限过流保护的影响
接入分布式发电的放射性馈线某处发生故障时，流过上级保护的故障电流不会大于流过下级保护的故障电流，上级保护的动作时间比下级保护的长，上下级保护仍满足配合关系，但是为了防止分布式发电上游保护因流过反向电流而误动，需要为反时限过流保护加装方向元件。
2.3.3对熔断器保护的影响
分布式发电的接入后，配电网相当于一个多电源网络，熔断器保护难以满足故障后仅断开故障支路的保护选择性要求。
2.3.4对距离保护的影响
对于系统运行方式变化大的馈线和一些重要的电缆线路，通常选择使用距离保护，距离保护应选用带方向特性的距离继电器。分布式发电接入馈线后，对其上游的距离保护而言，相当于多了一个助增分支，会使其上游距离保护的II、III段的动作范围缩小。分布式发电接入对其下游和其它馈线的距离保护不会产生影响。
2.3.5对重合闸功能的影响
如配电网的继电保护装置具有重合闸功能时，则当配电网系统故障时，分布式发电的切除必须早于重合时间，否则会引起电弧的重燃，使重合闸不成功（快速重合闸0.2~0.5s）。因此，系统侧宜适当延长重合闸时限，分布式发电侧需配置低周、低压解列的防孤岛保护装置；同时为避免非同期合闸给分布式发电带来的致命冲击，系统侧重合闸继电器应检线路无压，分布式发电侧应检同期。
2.3.6孤岛运行问题
孤岛运行是分布式发电需要解决的一个极为重要的问题。一般而言，分布式发电的保护在执行自身的功能时，并不采集来自于与之所联系统的信息，因此，并网断路器可能已经打开，但分布式发电的继电器未能检测出这种状况，未能迅速地做出反应，仍然可向部分馈线供电，最终造成系统或人员安全方面的损害，分布式发电必须配置快速有效的防孤岛保护装置（或功能），异常情况下应快速准确的检测出孤岛情况并将分布式发电迅速解列。
2.4对配电网电能质量的影响
分布式发电的出现也对配电网电能质量带来一定影响：分布式发电的功率注入能够改变稳态电压水平；通过换流器并网的分布式电源会给电网电压、电流带来波形畸变；风电、太阳能光伏发电等，其注入功率的起伏会引起电压波动和闪变。
2.4.1谐波电压和电流
采用电力电子换流器的分布式发电单元，不可避免地会对系统注入谐波电流，谐波电流注入同时引起系统电压畸变。注入谐波类型和严重度取决于采用的电力电子换流技术和换流器的连接配置。目前常规换流技术引起的主要是6脉动的谐波（即6n±1次），通过投运工程的现场测试已发现个别光伏电站存在谐波超标问题。
大范围的分布式发电可能引起的另一个问题是，分布式发电单元中的电抗和配电系统的电容引起谐振。用来提高感应发电机功率因数的电容器和电缆充电电容可能与发电机或变压器绕组发生串联或并联谐振，引起谐波畸变放大。
2.4.2电压波动和闪变
风力发电中风速的变化和塔影效应会引起功率变化；天气变化会使光伏系统中的输出功率发生波动。大多数热电联产的运行模式都是根据客户对热能的需求控制热电联产单元开通和关断。这些功率的变化会引起电力系统中电压波动，从而引起闪变。现有分布式发电中，通过监测发现江苏沿海个别220kV并网风电在部分时段会出现长时间电压闪变超过国家标准限值的问题。
2.4.3直流分量
无变压器连接的换流器会向配电网中注入一定量的直流电流，会引起如配电变压器铁芯这样的励磁元件的饱和，而励磁饱和又会加剧系统电流、电压的畸变程度。按照IEEE1547分布式发电并网技术要求，分布式发电在接入点注入的直流电流必须小于其额定电流的0.5%。
2.4.4电压暂降
热电联产单元会因经济因素而频繁投切，基于感应发电机的分布式发电在启动过程中励磁消耗大量无功，诸如此类分布式发电单元的运行都可能会引起电压暂降，从而影响到其他一些用户敏感设备的运行，如计算机、PLC控制器等。同时，分布式发电本身也会受电压暂降的影响，电压暂降可能会触发分布式发电的孤岛保护。
2.4.5三相不平衡
类似小型光伏发电系统这种单相分布式发电单元接到低压电网中可能会导致不平衡问题。不平衡会导致感应电动机和感应发电机过热，也会对同步电机和电力电子换流器的正常运行造成影响。
3结论
由于分布式光伏发电的固特性，必然对配电网的安全、控制、成本、规划等方面产生一定的影响。所以，需进一步研究出台分布式光伏接入配网的相关管理和技术规范，此外，加强智能电网和微电网建设对实现多能互补与均衡、缓解大规模光伏电力并入电网的影响有重要作用，建议加强对智能电网和微电网的建设和研究。
参考文献：
[1]江苏分布式光伏发电现状调研报告.江苏省电力公司电力科学研究院.2012.11.
[2]江苏省太阳能光伏发电情况调研报告.江苏省电力公司.2011.10
[3] 中国气象局《2014年风能太阳能资源年景公报》（光伏版）
论文作者:吴明生,胡森忠,罗会平,陈兵
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：分布式论文; 电压论文; 光伏论文; 配电网论文; 电流论文; 谐波论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第14期论文;