摘要：近年来，随着社会和经济的可持续发展，世界各国都非常重视优化能源结构，在新能源开发利用方面大力推动分布式发电的技术应用与创新，而光伏产业是我国新能源产业发展的重要方向，因此大力发展包括光伏发电在内的可再生能源已经成为我国保障能源供应、治理环境污染、推动节能减排、应对气候变化的战略性选择。分布式光伏发电以分散的方式接入配电网，易于建设且环保效益突出，在一定程度上可缓解区域局部用电紧张状况，并能避免大规模光伏电站对电网的影响及电网在长途输送中的损耗。目前分布式光伏发电在全国处于发展初期，社会各界对分布式光伏发电认知度不高，因此需要在项目管理、系统设计研发、设备安装、并网接入和运行监管等多方面进行不断实践与完善。且随着电网的日益复杂和智能电网的逐步发展，对光伏发电系统并入配电网的技术与要求也提出了新的挑战。
关键词：分布式光伏发电；配电网；应用与研究
1分布式光伏发电系统的组成
1.1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。
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。分散型光伏发电适用于输出功率较小的情况，所有的光伏组件通过串联的方式连接到一起，然后再通过逆变器将电流升压逆变以后送到电网。以上两种类型各有优缺点：分散式接入不需要升压站来调节电压的大小，建设过程和使用过程都比较方便，对配电网电压造成的压力比较小，而且投资较少，其缺点在于在于这种接入方式接入点多且分散，维护成本较高，而且接入的电能质量难以控制。汇集式接入虽然需要升压站进行二次变压，投资成本较大，但是由于设备集中，后期维护相对容易，汇集式接入最大的特点就是对配电网电压的影响大，需要建立科学合理的机制进行管理，才能保证供电系统的正常运行。分散型逆变方案的优点在于逆变效率略高，其逆变器的体积较小，易于布置，但是单位额定功率的成本高于集中型逆变方案。同时分散型逆变方案系统组成方式灵活、冗余性好（单台逆变器发生故障停机后，对整个并网光伏发电系统的能量输出影响很小），适用于装机功率较小，室内空间有限的情况。
1.2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。全部上网的方式是指光伏发电系统产生的电量全部输入配电侧，再流向用户侧。余电上网的方式则是先供发电农户自身使用，剩余的电量再上送配电网。
1.3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。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。逆变器的按照隔离器的不同分为带隔离和不带隔离两种类型。带隔离的类型属于早期的光伏发电产品，早期的光伏并网逆变系统在接入配电网之前安装有工频变压器，可以实现电压匹配和电气隔离，采用这种结构，主电路和控制电路较简单，直流侧电压较低。但是工频变压器体积大，系统投资成本高，整机效率低。相比而言，非隔离型并网逆变系统的经济效益和技术具有一定优势，日益受到人们的关注，并将成为今后发展的重要方向。由于其不具备调压和电气隔离的功能，通常应用于小功率场合。
2分布式光伏系统软件设计要求
分布式光伏系统的设计要对系统的运行情况进行预测，分析系统的经济效益。统计计算系统负载的用电量和功率大小，计算太阳能电池方阵组的安装倾角和表面辐射量，并对太阳能电池组件和蓄电池的容量进行计算以及对二者之间的优化匹配进行设计。
3分布式光伏系统接入配电网应对措施
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。另外，合理设置光伏电源的运行方式也可以在一定程度上降低电压越限的风险，例如规定光伏电源必须调压以后才能并入配网。在午间阳光充足时，光伏电源出力最大，若此时线路轻载，光伏电源将明显抬高接入点的电压。如果接入点是在馈电线路的末端，接入点的电压很可能会越过上限，此时就必须规定光伏电源应该调整电压以后才能并入配网。在夜间用电负荷高峰期，光伏电源通常不能提供有功输出，但仍可提供无功输出，此时光伏电源对于配电网的电压质量的影响是有利的。
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。
结束语
随着智能电网的发展，未来的分布式光伏发电将通过与智能配电网的衔接，以智能化和网络化的协同在线控制为发展方向，实现高度自愈、网架坚强的智能配电网的发展。而在配合配电网发展与建设的同时，如何最大程度发挥与实现分布式光伏发电系统的优势，还需在实践中不断摸索前进。
参考文献：
[1] 张正陵 . 积极应对分布式电源并网 [J].中国电力企业管理，2014（05）：23-25.
[2] 高毅 . 分布式光伏发电在智能电网中的 作 用 分 析 [J]. 建 筑 工 程 技 术 与 设计，2014（03）：370.
论文作者:刘刚1,谭畅2,杨甲2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：光伏论文; 系统论文; 分布式论文; 电压论文; 逆变器论文; 逆变论文; 配电网论文; 《电力设备》2018年第20期论文;