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摘要：光伏并网系统作为一种分布式发电（DG），其特点是将太阳能电池模块产生的直流电转换成满足电网的要求，然后直接进入公共电网。除了提供交流负载外，光伏发电所产生的剩余电力又反馈给电网。本文介绍了光伏发电并网光伏发电系统的技术特点，重点阐述了高渗透率PV对配电网的影响。
关键词：光伏发电技术；特点；配电网；影响
一、引言
在当今日益严峻的能源形势下，光伏发电作为可再生能源的作用和应用前景越来越受到社会的认可，光伏（PV）的发展应用和推广更具现实意义。光伏并网系统作为一种分布式发电（DG），其特点是将太阳能电池模块产生的直流电转换成满足电网的要求，然后直接进入公共电网。除了提供交流负载外，光伏发电所产生的剩余电力又反馈给电网。针对光伏发电系统连接到不同传输网络或配电网的不同容量、不同并网方式和不同系统配置的要求，提出了常规发电技术条件和接入计算方法。由于光伏发电与传统发电方式的不同电网连接特性，常规电厂不再适用，国内电网的缺乏有全面、清晰和可操作的管理标准和技术规范。从电能质量、可靠性、安全性和标准管理的角度来看，电网企业很难对光伏并网系统进行评估，从而导致光伏并网系统的复杂性和难度。因此，研究并网光伏发电系统的技术特点，对于促进光伏并网技术的发展具有重要意义。
二、光伏发电并网光伏发电系统的技术特点
光伏并网逆变器作为光伏并网控制的核心设备，其性能参数直接关系到光伏并网对电网的影响。它包括电网信号检测、输出电流控制、最大功率点跟踪（MPPT）、防孤岛等保护。通常逆变器的功率电路采用桥式电路，直流输入可以转换成交流输出，并经平波电感的滤波作用，可使输出波形较为平滑。桥式逆变电路的驱动信号由单极性正弦脉宽调制（SPWM）驱动，可获得低失真、低谐波、高质量的正弦输出电流波形。目前的并网逆变器是通过控制输出电流的幅值、频率和相位三要素参量跟踪并网点电压来实现并网和功率输出。并网光伏发电系统根据设计容量的大小，可以选择10kV以上、10kV和380V等多种电压等级并网方式。通过分析某A光伏发电的运行情况，可以发现光伏发电有以下特点：a）现有主要的光伏并网逆变器的控制方式为电压源电流控制，即输入侧为电压源，输出为电流源控制，通过控制输出电流以跟踪并网点电压。一般输出为纯有功功率，即功率因数为1，不提供无功支持；b）为有效利用太阳能，并网逆变器输出功率控制策略为最大功率点跟踪（MPPT），不具备功率调节能力；光伏发电输出受天气影响很大，尤其在多云天气，发电功率会出现快速剧烈变化（发电功率日趋势见图1），发电功率的最大变化率超过10%额定出力/秒（％Pn/s）；
图2 PV输出电流THD日趋势（多云天气）
e）并网逆变器的反孤岛与负载状态的相关性：由于现有的PV容量相对于负载比小，电压和频率在功率耗散后会迅速衰减，可以准确地检测防孤岛效应，如图2所示；随着PV容量不断加大，PV并网系统中会有多种类型的并网逆变器（不同保护原理）接入同一并网点，导致互相干扰，同时在出现发电功率与负载基本平衡的状况时（匹配工状），抗孤岛检测的时间会明显增加），甚至可能出现检测失败。
根据以上分析，由于现有并网光伏控制的技术特点，随着光伏接入容量的增加，现有的并网逆变器控制保护功能和技术已不能满足配电网安全稳定运行的需要。配电网将成为制约光伏并网的重要因素，有必要认真分析高透率光伏配电对比配网络的影响及对策。
三、高渗透率PV对配电网的影响
高透水光伏发电系统的接入将不可避免地影响传统电刚性的规划、设计、调度和运行。研究和掌握这些影响，将有助于电网根据自身的安全性和稳定的运行需求，提出和制定光伏井网的相关技术要求，也可以规范和促进光伏产业的发展。1）对配网负荷特性的影响Pv的发电功率随同照强度变化，晴天时大致上呈单峰曲线形状．功率峰值一般在时间10：00到14：00间。PV接会改变配网的负荷曲线特征及最大负荷点：以B光伏发电科技园为例，在10：00到14：00时问段，园区从配电网吸收的功率（等效负荷）明显变小，全天最高负荷点出现在1000前（PV未接入时Ⅲ现在12：0O以后）。2）对调度自动化的影响：现有PV单元不具有调度自动化功能，不能参与电网频率、电压的调整，这无疑会减少配网的可调度发电容量，从而加大配网控制与调度运行的难度。3）对配网规划、调度的影响PV接入对配电嘲潮流的政变、PV向配网反送功率的预测及对负载特性的改变，将对现有配电网的规划、调度运行方式产生影响。4）对电压的影响：若大量PV接入在配网的终端或馈线未端，由于存在反向的潮流，PV电流通过馈线阻抗产生的压降将使负荷侧电压比变电站侧高，可能使得负荷侧电压越限。5）对保护的影响：目前，我国的中低压配电网主要是不接地（或经消弧线圈接地）单侧电源、辐射型供电网络。变电站保护是基于断路器的三段式电流保护，主馈线上装设自动重合闸装置，支路上装设熔断器。高比例PV的引入使得配电网从传统的单电源辐射状网络变成双端甚至多端网络，从而改变故障电流的大小、持续时间及其方向，结果可能会导致断路器保护误动、拒动及失去选择性：导致熔断器动作失去选择性。PV自身的故障也会对系统的运行和保护产生影响。另外，当PV系统抗孤岛保护功能时间不能与自动重合闸等装置协调配合时，就会引起非同期合闸。6）配电网中引入少营分布式发电单元时（如PV）对整个电网不会构成太大的影响，然而当电网中存在较多的分布式发电单元，将会对系统电压形态、网损、电压闪变、谐波、短路电流、有功及无功潮流、电路元件的热负荷、暂态稳定、动态稳定、频率控制等特性有较大影响。盲目地引入分布式发电甚至有可能使系统的可靠性、稳定性以及电能质量恶化。
四、结束语
我国拥有丰富的光能，光伏电站的发展可以消除土地因素的制约，拓宽光伏发电的应用领域。光伏电站具有明显的优势，但同时也存在许多亟待解决和完善的问题，与大规模、大规模的发展还有一定的距离。然而，大量光伏并网运行可能会对传统配电网的安全可靠运行产生影响。本文详细研究了光伏发电对配电网的可能影响，并介绍了新的光伏发电技术。相信新的光伏发电技术可以实现电网友好，提高电网光伏发电的容量比，这是光伏发电与配电网协调发展的重要方向。
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论文作者:徐永洋
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/17
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