摘要：配电网作为电力系统的重要组成部分，是向用户提供优质电力的最直接的保证。随着经济的发展，能源和环境危机成为影响人类持续发展的重要问题，基于可再生能源的发电系统越来越被人们重视，大量的分布式发电系统接入配电网。分布式光伏并网发电系统运行中会向配电网注入谐波和直流分量，对配电网的安全运行和用电设备的正常工作造成的危害与影响不断增加，使得配电网电能质量问题日益突出。与此同时，电力用户对于电能质量要求的不断提高，促使电力及相关部门采取积极有效的措施来保证配电网高质量电能的供应。因此，对于分布式光伏并网发电接入配电网引起的电能质量问题分析有待进一步研究。
关键词：分布式光伏并网；发电系统；接入；配电网；电能质量
1分布式光伏并网发电特点
（1）光伏列阵功率输出在一天中受实时温度、太阳光强度、照度、云朵飘过等不定因素影响；在全年内受晴雨天气、日照时段、季节等自然条件影响下呈现较强的不连续性和不稳定性，会造成电压波动、产生大量谐波并对公共电网产生冲击。
（2）分布式光伏并网的频率和电压控制是由逆变器来实现的，逆变器中的电力电子器件在工作中产生谐波电流威胁电网安全高效运行；为抑制开关谐波污染本地电流，光伏并网时通常需串联LCL型滤波器，然而滤波器本身作为非线性元件可能会引起谐振尖峰进一步造成二次污染。
（3）分布式光伏发电多安装在建筑物上，受建筑物面积等因素限制，系统容量一般较小，从数千瓦到数百千瓦不等。因此电能大多就近为负载消耗，多余或不足的电能通过与之相连接的配电网来调节；在系统容量较大的情况下，光伏并网系统同时也可兼备无功和谐波补偿功能。
（4）当电网发生故障时，分布式光伏发电系统与附近负载形成自给供电的孤岛，此时孤岛区域的电压、频率极不稳定，很难控制。负荷侧发生电压波动与闪变可能损坏用电设备；恢复供电或光伏并网瞬间，若光伏输出电压与公共电网电压不同步，则可能产生过大的冲击电流，影响电网稳定。
（5）分布式发电未接入前，配电网络是一个功率流动为单向且流向负荷末端的辐射式网络。分布式发电接入后，安装分布式发电装置的用户可向配电网络输送功率，此时配电网的功率流动是双向的，其潮流分布必然会发生改变。
2分布式光伏并网对电网电能质量的有利影响
随着光伏电源在电网中的渗透率日益提高，光伏并网给传统电力系统带来了许多问题，但同时也存在着改善电能质量的诸多优势。①分布式光伏一般位于线路末端，与终端负荷电气距离接近，可实现电能就近供给，减少馈线中的功率传输；并可实现无功就地补偿，对接入点的电压起到支撑作用。②分布式光伏并网发电系统可以与其他形式的新能源一起并入电网，并且可以与电网互为支撑，起到平抑系统扰动、保持电压、频率稳定的作用；当发生大规模停电或自然灾害时，光伏供给的负荷可实现自主独立运行，保证重要负荷的电力供给。（3）分布式光伏在电网末端的渗透率逐步增高，可减少由光伏供电的负荷在电网系统中的比重，大大降低电网运行事故对系统电能质量的影响；可降低系统的最大负荷，减少发电设备的总容量，提高电网系统的整体利用率，实现电力系统经济性、可靠性运行。
3分布式光伏并网发电系统接入对配电网对电能质量的不利影响
3.1负荷点电压偏差影响
通常情况下传统配电网正常运行过程中，其各负荷点电压变化趋势为逐渐降低的，即沿线路潮流不断降低。而分布式光伏发电的接入，对线路潮流分布产生一定的影响，存在造成逆向潮流的风险。接入该发电电源会降低馈线传输功率，提高各负荷点电压，进而影响负荷点电压偏差。同时由于分布式光伏电源主要是受太阳辐射影响其输出功率，因此太阳辐照度发生改变就会直接影响其输出功率的大小。配电网主要是利用投切电容电抗器对电压进行调节，通常较少使用其他调节设备。当光伏出力的比例多时，光伏配电输出功率则会较容易发生变化，进而直接对线路负荷潮流造成波动影响，这给调节配电网正常运行电压增加难度，一旦调节不当将会造成电压超标。
3.2电压波动与闪变影响
接入分布式电源扩大了系统短路容量，使系统电压强度提高，造成可抑制区域电网内电压波动。当分布式光伏电源在接入系统时或退出系统时都会给整个系统造成更大的电压波动。①分布式光伏电源的投入与地域范围内用户需求以及市场运行环境有着直接关系，其停运也直接与政策等相关因素有关，这种不规则的启动或停止会造成其输出功率波动，影响电压波动。②光伏配电功率输出与自然环境的变化有着直接关联。当太阳照度以及环境温度发生较大改变时会直接造成功率输出变化，造成电压波动。
电压波动是指电网电压有效值的快速变动，而引起光伏电源电压波动的因素很多，如：因自然因素引起的光伏发电的间歇性和不稳定性，从而引起电网电压波动、甚至出现可察觉的闪变现象。当分布式电源与负荷协调运行时分布式电源将对电压波动起抑制作用，而当分布式光伏电源接入电网的位置、容量和控制不合理时，则会加剧馈线负荷潮流的变化，加大电网电压调整难度。在光伏发电系统启停、并网或切换成孤岛运行的过程中，可能导致输出功率波动，进而引起并网端点甚至其他节点的电压波动和闪变。当然，由于分布式光伏的接入增加了系统的短路容量，馈线侧负荷波动引起的电压闪变能够得到一定的抑制。
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针对光伏并网发电系统电压的不稳定性，相关资料为直流侧无储能设备的光伏系统提出了一种全新的电能质量调节器结构和控制策略，该系统可以同时实现光伏间歇工作时光伏并网发电以及电能质量的综合治理。相关资料提出在微网电压不变的情况下，有功功率和无功功率分别决定经dq变换后的输出电压参考值，因此在微源同步并网检测实现电压无稳态误差跟踪的控制中叠加功率控制环节就可以实现微源同步并网与功率统一控制，微源并网前后无需改变控制策略。既减小微网并网瞬间的冲击电流、电压波动，保证供电质量；又节省控制元件、降低成本，减少了谐波的产生。相关资料提出在传统下垂控制中光伏微源输出电压有效值的获取上引入积分环节提高电压有效值其调节精度，同时引入电压有效值前馈环节提高输出电压控制的响应速度，当光伏孤岛运行时能快速跟踪负荷变化为微网提供电压和频率的支撑。
3.3谐波污染
光伏并网发电系统接入配电网逆变器开关设置死区会造成谐波污染。由于该系统接入主要是利用逆变器并入配电网，而逆变器控制开关通常设置死区，目的在于避免逆变器开关出现连通。当设置死区后能够使桥上臂处于断开状态，上下开关也为关断状态。当开关管关断时逆变器电压受电感电流影响，使你边去实际波形与预期波形不同。这种差异叫做方波，另外开关比率整数倍将出现高频谐波，引发较多危害。①配电网线损。配电网线路中包含线路阻抗，谐波电流在线路阻抗上的流动会产生较大负载，直接造成功率损耗通常情况下配电网不存在太大的电流畸变。分布式光伏电源的接入，令逆变器运转产生高频谐波，进而造成功率损耗的提升，导致配电网线损，使配电网输出效率大大降低。②电晕损耗。配电网的建设大部分为架空线路，而应用架空线路就会产生电晕。电晕是否增加主要取决于电压峰值。在配电网正常运转过程中电压基波控制在电压指标范围内，当实现光伏并网系统接入配电网后，高频谐波的产生会使电压峰值突破电压标准指标，出现电晕损耗问题。③绝缘线路损耗。用电用户中所用的家用电器包括计算机以及荧光灯等，大部分都存在谐波，谐波主要是从零线通过。配电网中零线的导电性能较低。当大量谐波电路流过，将直接影响零线线路，增加线路损耗，造成线路发热，使导线发生绝缘老化问题。当情况严重时会直接造成绝缘失效，应发线路短路，甚至造成火灾发生，直接影响用户安全。
3.4孤岛效应
当电力公司因供电故障、停电维修或事故而停电时，各用户端的分布式光伏电源有可能与周围负载构成一个不受电力公司掌握的自给供电孤岛，即所谓的孤岛效应。随着分布式光伏并网系统的不断推广，孤岛效应产生的概率也将不断增加。孤岛效应对配电网及其用户造成的影响有:①孤岛区域供电电压和频率不稳定;②恢复供电时，因相位不同步而可能对电网造成冲击;③当切换成孤岛方式，依靠光伏并网发电系统供电时，如果该供电系统内无储能元件或其容量太小，会使用户负荷发生电压波动与闪变;④光伏供电系统形成孤岛后，脱离了原有的配电网，若其原来为单相供电模式，则可能造成配电网内三相负荷不对称情况，从而影响其他用户的电压质量。
4分布式光伏并网发电系统接入配电网调整建议
由于分布式光伏并网接入配网，会造成电压不稳定，同时受太阳光照影响较大，对电压线路以及电能质量都造成直接影响。为有效实现配电网电压调节，改善电压偏差，降低电压波动等，有效改善电能质量，要对电压进行有效调节。结合分布式光伏电源的实际需要以及配电网运行情况，要选择科学的调压方法。
4.1为有效调整线路电压分布，可以通过对变压器变比调节的形式来实现，将线路电压供电偏差控制在标准范围内。在对变压器调节比进行调整后要使光伏电源在接入运行或退出系统运行时都能够达到标准要求。在实际电网运行中通常无法实现一次调节变压器实现电压调整，在不同时刻电压偏差值不同。另外在实际电网运行中应用无载调压变压器，若只将分接头进行调压达不到电压基本标准，因此要采用有载。
4.2针对孤岛效应可以采用科学的检测方法，在第一时间内降低该问题带来的损失。例如，可采用主动式孤岛检测方法。主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该方法检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂，且降低了逆变器输出电能的质量。
4.3通过对PV接入位置调节能够达到调节电压的效果，同时也能够降低电压峰谷差，促进电压分布更加均匀。首先对PV接入调节，如果电压控制在电压偏差控制范围内，不需要对变压器变比进行调节;如果电压没有控制在电压偏差控制范围内，就需要改变变压器分接头来实现调压。
结语
分布式光伏作为清洁、可持续发展的新能源得到世界各国大力开发，是当今能源发展的必然趋势，欧美发达国家早已出台光伏并网的相关条例和标准。而我国光伏并网标准制定起步较晚，现行技术标准还不够健全。因此，在针对分布式光伏并网发电这一前沿课题还需继续深入开展研究，力求更好的解决光伏并网在配电网引起的电能质量、继电保护、安全运行等诸多问题，从而促使光伏发电更加安全、稳定、快速发展。
参考文献
[1]张忠林,罗卫华,高凯,等.分布式光伏并网对配电网的影响及解决措施[J].供用电,2013.
[2]吴春喜.分布式光伏并网用户电能质量监测与分析[J].华东科技:学术版,2015.
[3]陈炜,艾欣,吴涛,刘辉.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J].电力自动化设备,2013.
作者简介
李晓军（1978.5）男，汉，北京朝阳区，电力系统及其自动化，高级工程师，本科。
论文作者:李晓军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/28
标签：电压论文; 光伏论文; 分布式论文; 电网论文; 电能论文; 系统论文; 并网发电论文; 《电力设备》2017年第21期论文;