摘要：目前，我国的能源发展十分迅速，能源是现代社会生产中不可或缺的基本条件，随着环保问题的不断升级，采用新能源来替代传统能源变得越来越紧迫。其中光伏发电具有清洁无污染、投资见效快等特点，是未来新型能源中的一个重要组成部分。而分布式光伏发电是指在用户场地附近建设发电方式，它遵循因地制宜、分散布局、就近利用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。但是大量的分布式光伏电源接入配网后，由于光伏电源发电特性及接入方式与传统电源不同，会对配网的各个方面造成不同程度的影响，这些影响与分布式光伏发电系统的组成部件和并网方式有着密切的关系。本文就分布式光伏发电项目接入配电网中的方式进行研究和分析。
关键词：分布式光伏发电；配电网；应用与研究
引言
随着社会的发展和进步，电力在生产和生活过程中的重要性和必要性变得越来越强。电力的来源包括传统的火电、水电以及近几年兴起的核电、风电、光伏发电等新能源。截止2016年全部类型发电中，火电、水电、风电、核电占比分别为74.4%、17.8%、4.1%、3.6%。火电同比增速由2011年13.9%下降至2016年2.6%，同比增速放缓。传统的能源生产方式例如火力发电虽然能够提供稳定的电力输出，但是在生产过程中会造成较大的环境污染，另外，在电力的传输过程中也会造成一定程度的损耗。在改善自然生态环境的形势越来越紧迫的情况下，发展新能源是必然的趋势和选择。分布式光伏发电具有安装方便、传输损耗小、环保效益突出等优点，可以在一定程度上缓解局部地区的用电紧张情况，同时还可以有效解决电力升压的问题。分布式光伏发电系统不仅实现了资源的优化配置，做到了绿色发电、环保发电，还实现了经济效益的最大化，是新时代智能化电网的重要组成部分，是信息时代发展的主流趋势。但是，也必须注意到分布式光伏发电接入配网以后会对电网产生一定影响，有必要对其系统组成和接入方式进行对应分析，将其对电网的负面影响降到最低。
1国内外研究状况及发展动态分析
受能源危机的影响，从1973年开始，各国尤其是日本、德国、美国等发达国家，开始重视光伏发电的发展。日本在第1974年宣布“阳光工程”，该工程成功开拓了光伏事业，随后几年光伏产量飞快增长。到了2009年，日本第一次将光伏产业作为经济刺激的方案，其“光伏屋顶计划”的年经费达到一百亿日元，该计划的目标是截止2019年全国近一半的建筑含有光伏发电系统。美国在1997年发布“百万屋顶计划”，同年光伏发电容量达到3000MW，同时政府还通过减免税收等措施来支持促进本国光伏产业的发展，计划到2020年光伏发电总容量达到200GW。
2分布式光伏发电系统的组成
2.1系统组成
分布式光伏发电系统的组成部件如图1所示：主要由太阳能电池（光伏组件）、逆变器及输配电系统三大部分组成，包括太阳电池组件、逆变器、直流电缆等；输配电部分指从逆变器交流侧至用户侧低压系统的所有电气、控制保护、通信部件等。
图1光伏系统组成示意图
根据光伏发电类型的不同，系统的组成部件又有不同。光伏发电系统通常分为两种类型：集中型和分散型。集中型光伏发电指的是光伏发电规模比较大的情况，通过光伏逆变器和交流路线将电流汇集于低压母线上，再通过变压器升到10kV，经过专门的线路接入变电站10kV母线或开闭所/环网柜等公共配电设施。集中型逆变方案接入的电池组串数较多，适用于太阳能电池板块的规格和型号相同的情况：各太阳能电池板的安装倾角、方位角及受光情况均一致。由于集中型逆变器的体积较大，需要保证控制室有足够空间满足设备安装的条件。
2.2并网方式
分布式光伏发电的并网方式分为全部上网、自发自用和余电上网三种方式。其中自发自用就是所谓的离网运行，一般不会对配电网造成影响，电量完全由用户自行消纳，这种运行方式需要加装蓄电池用于储存暂时用不完的电能。由于蓄电池成本较高，相比不带蓄电池的运行方式会增加一倍左右的建设成本，并且用户用电体验也将直接受限于蓄电池的性能，性价比较低，不利于推广。
2.3逆变器
分布式光伏发电系统中逆变器的主要作用是把光伏发电组件产生的直流电转换为可以并入配电网中的交流电，同时，它还具备其他重要功能，例如：诊断光伏组件和线路，在危险的时候及时断开电路，记录系统的运行状态，向监控服务器发送和接收信息。逆变器通常由升压回路和逆变桥式回路构成。由于天气处于不断变化的状态中，光伏组件发出的直流电通常并不规则，经过升压回路以后，直流电压升高到可用范围；接下来，逆变桥式回路把升压后的直流电压等价转换成常用频率的交流电压接入到配电网中。
图2逆变器简单原理图
逆变器不仅可以调节并转换电压，还可以监控整个光伏发电系统的运行状态。它可以检查光伏发电系统的电压、电流、频率等参数，方便运行人员及时掌握光伏系统的运行状态。当系统发生异常时立刻报警，保证系统安全运行。
3应对措施
3.1针对电压波动、越限处理措施
针对光伏电源引起配网接入点的电压偏移量超标的情况，通常的处理措施是在中低压配电网络中设置电压调节器等调压设备。通过收集现场数据，分析并掌握光伏发电系统的运行规律，确定可能发生电压超限的时段和范围，再制定相应的调节策略，将负荷节点的电压偏移量控制在符合国家规定的范围内。
3.2针对短路电流的处理措施
针对短路电流的处理措施往往是在光伏逆变器中限制输出电流大小。相关文献的研究表明：光伏电源的短路电流一般为额定电流的2~4倍，持续时间为1.2ms~5ms。因为逆变器的热过载能力很低，所以必须对短路输出电流进行限制，超过限定值时切断电路，保护元器件。通过制定相应的控制策略，可以降低光伏电源对故障点的短路电流的贡献值。
3.3针对直流注入的处理措施
从原理上来说，直流注入的解决方法分为两种：电容隔直法和检测补偿法。电容隔直法的其中一种应用是可以直接屏蔽直流分量的逆变器。半桥逆变电路就是其中一种电路结构。在这个电路中，由于电容的隔直作用，输出电压中的所有的直流分量都会被自动平衡，因此不再会有直流注入的问题。除了半桥逆变电路，还有其他电路一样同样可以解决直流分量注入的问题，但是需要综合考虑其输出功率、应用场合、经济效益等特性，再决定采用哪种逆变器。
结语
随着光伏并网发电系统大规模并网发电，光伏系统对电网的影响也日益凸显，为保障地区电网和光伏系统的安全运行，研究其对电网的影响显得尤为重要。主要的影响包括：光伏系统对电网电压的影响、对短路电流的影响、谐波电流的影响、直流分量的抑制等。分布式光伏系统接入配电网引起电压波动和电压越限的主要原因是太阳辐照度的变化。周围环境温度一定时，太阳辐照度越强，光伏电源的输出功率越大，对电网电压的抬升作用越大，随着太阳辐照度的逐渐减弱，光伏电源的输出功率减小，电网电压下降。由于太阳辐照度变化引起光伏系统输出波动时会引起配电线路电压波动，严重时会出现电压越限的危险。光伏系统对短路电流的影响总体来说，对短路电流的贡献较小。
参考文献：
[1]邓贤添.基于分布式光伏系统接入对配电网的网络损耗影响探究[J].通讯世界，2015（20）：195-196.
[2]马晓博，戚连锁.分布式光伏电源对配电网短路电流和静态电压影响的仿真分析[J].海军工程大学学报，2016（01）：20-24+80.
论文作者:黄培源
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/17
标签：光伏论文; 系统论文; 分布式论文; 电压论文; 逆变器论文; 电流论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第15期论文;