華能（蘇州工業(yè)園區(qū)）發(fā)電有限責(zé)任公司 賈 環(huán)

煤炭作為不可再生能源，且其燃燒可對(duì)環(huán)境造成一定程度的破壞。但分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不一樣。分布式光伏發(fā)電節(jié)約能源，減少煤炭資源的使用，同時(shí)對(duì)環(huán)境不造成污染、沒(méi)有噪聲，不需要燃料，符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新局面[1]。但分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)會(huì)造成多種影響，例如對(duì)其電網(wǎng)質(zhì)量可能會(huì)引起諧波畸變、電壓不穩(wěn)定等問(wèn)題。則需要針對(duì)具體問(wèn)題采取相應(yīng)的解決方案，以保證輸電電網(wǎng)可以正常、安全、高效的運(yùn)行。

1 分布式光伏發(fā)電的背景

太陽(yáng)能作為一種可持續(xù)且無(wú)污染的資源，利用其發(fā)電可以滿足當(dāng)代國(guó)家的發(fā)展需求，也可以減少對(duì)煤炭資源的使用，從而起到保護(hù)環(huán)境的作用。分布式光伏發(fā)電的當(dāng)前背景如下：

1.1 社會(huì)背景

大量煤炭資源的燃燒，在短期時(shí)間內(nèi)雖對(duì)環(huán)境未造成多大破壞。但從長(zhǎng)期效益上來(lái)看，這是一種不可取的方法。而且煤炭資源是不可再生資源，應(yīng)當(dāng)更加合理的利用。為了滿足當(dāng)前時(shí)代對(duì)于環(huán)境保護(hù)的迫切心情，清潔能源的需求在逐步增大。分布式光伏發(fā)電具有一定的社會(huì)支持，同時(shí)可以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益的統(tǒng)一?？梢姺植际焦夥l(fā)電應(yīng)用電網(wǎng)的發(fā)展?jié)摿^大[2]。電網(wǎng)中接入大量的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，在運(yùn)行方式上會(huì)發(fā)生很大改變，在實(shí)際的操作過(guò)程中，各種安全問(wèn)題就會(huì)成為分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的主要影響因素。

1.2 自我背景

分布式光伏發(fā)電利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，對(duì)于多余的電能可以轉(zhuǎn)化為各種形式的能源供用戶使用。為了分布式光伏發(fā)電得到有效利用，在使用發(fā)電系統(tǒng)組件產(chǎn)生的直流電之后，將繼續(xù)轉(zhuǎn)換為交流電進(jìn)行二次使用。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不產(chǎn)生噪聲、沒(méi)有空氣污染、不排放廢水、不需要燃料，最關(guān)鍵的是太陽(yáng)能電池的使用壽命長(zhǎng)，有太陽(yáng)就可以發(fā)電，滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。在我國(guó)政府的大力支持以及國(guó)家的對(duì)應(yīng)幫助下，分布式光伏發(fā)電快速發(fā)展，具有較大潛力。但是，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模比較小，若大量接入，將會(huì)對(duì)當(dāng)前的配電網(wǎng)產(chǎn)生明顯影響。隨著配電網(wǎng)中接入的分布式光伏發(fā)電數(shù)量以及容量達(dá)到一定限度時(shí)，便會(huì)對(duì)配電網(wǎng)中各個(gè)方面造成相對(duì)應(yīng)的影響。

2 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，會(huì)造成多方面的影響。接下來(lái)將從配電網(wǎng)電能質(zhì)量、配電網(wǎng)的規(guī)劃、配電網(wǎng)的運(yùn)行安全問(wèn)題以及對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)方面分析對(duì)其產(chǎn)生的影響。

2.1 對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

2.1.1 諧波畸變

分布式光伏發(fā)電采用的是電力電子轉(zhuǎn)換器，諧波電流就會(huì)因此引入到配電網(wǎng)中，導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓發(fā)生畸變。其影響發(fā)生畸變電壓的大小取決于光伏發(fā)電使用的電力電子轉(zhuǎn)換器的技術(shù)以及配置。同時(shí)，分布式光伏發(fā)電中配電網(wǎng)以及電抗的電容極容易引起諧振，從而將諧波畸變放大。

2.1.2 改變潮流方向

分布式光伏發(fā)電的接入位置和容量會(huì)影響配電網(wǎng)的電壓分布。分布式光伏發(fā)電的容量越大，其輸出的功率越高，接入的饋線節(jié)點(diǎn)電壓上升的就越快，容易發(fā)生潮流導(dǎo)向，接入點(diǎn)處造成光伏配電系統(tǒng)電壓的極大值。

2.1.3 電壓波動(dòng)和閃變

由于分布式光伏發(fā)電以太陽(yáng)能作為主要能源，這使其受到太陽(yáng)輻射、地理環(huán)境、溫度等多種相關(guān)因素的影響，導(dǎo)致光伏發(fā)電輸出的功率上下波動(dòng)，具有不穩(wěn)定性。而發(fā)電功率的不穩(wěn)定波動(dòng)會(huì)引起電力配電系統(tǒng)的電壓波動(dòng)，最終導(dǎo)致閃變。

2.2 對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響

根據(jù)分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量中電壓波動(dòng)和閃變可知，分布式發(fā)電的電量具有不穩(wěn)定性。為了以備不時(shí)之需，需要更大的電網(wǎng)作為備用。所以采用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并不能減少建設(shè)和改造配電網(wǎng)的費(fèi)用要求，同時(shí)，投資配電網(wǎng)建設(shè)改造的多少、以及系統(tǒng)網(wǎng)損的大小直接與光伏發(fā)電的效益相連[3]。采用分布式光伏發(fā)電后，配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)將從原來(lái)的單電源輻射狀，轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹蕉嚯娫垂?yīng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于大量分布式多電源配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)設(shè)計(jì)方法已經(jīng)被淘汰，需要研究新型的計(jì)算分析和規(guī)劃設(shè)計(jì)的方法供其使用。分布式光伏電源的大量使用可以減少一定的建設(shè)投資，用戶也可以根據(jù)實(shí)際情況安裝分布式光伏發(fā)電電源但實(shí)際地理位置若是不合理，或發(fā)生一些其他不可知事件，可能會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)的網(wǎng)損增加，可靠性降低，也很難精確的對(duì)電力負(fù)荷的增長(zhǎng)以及空間符合的分布情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.3 對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

2.3.1 對(duì)三段式過(guò)流保護(hù)的影響

在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，分布式光伏發(fā)電的電源會(huì)產(chǎn)生故障電流。其產(chǎn)生與分布的地理位置、容量以及與其串聯(lián)的電抗值相關(guān)。同時(shí)影響了電網(wǎng)線路中保護(hù)對(duì)故障電流的判斷以及線路保護(hù)的靈敏性，可能會(huì)導(dǎo)致線路瞬間失去保護(hù)而誤動(dòng)作。這就使故障發(fā)生具體位置不能進(jìn)行準(zhǔn)確定位，也不能及時(shí)保護(hù)電網(wǎng)的輸電線路。

2.3.2 對(duì)高壓熔斷器保護(hù)的影響

分布式光伏發(fā)電電源的接入改變了配電網(wǎng)之前的系統(tǒng)，變成了多端電源為用戶提供電量的系統(tǒng)。這一改變影響了熔斷保護(hù)，使得熔斷器不能選擇性地?cái)嚅_發(fā)生故障的電路。從而對(duì)配電網(wǎng)中相關(guān)輸電線路造成一定影響。

2.3.3 對(duì)距離保護(hù)的影響

距離保護(hù)在一些重要的輸電線路中，是一個(gè)不可缺少的常用保護(hù)手段。分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)后，相當(dāng)于在距離保護(hù)的上游部分增添了一個(gè)新的分支。這就導(dǎo)致配電網(wǎng)中的輸電線路縮小對(duì)其余線路的距離保護(hù)范圍。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中大多采用單電源和輻射狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分布式光伏發(fā)電打破了這種結(jié)構(gòu)，改變?yōu)榉稚⑹降亩鄠€(gè)電源供電的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的輸電線網(wǎng)中，潮流是單向流動(dòng)的，并且故障的發(fā)生大都是瞬時(shí)間發(fā)生的。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)主要是根據(jù)繼電保護(hù)的選擇性，結(jié)合可靠性的原則，通過(guò)不同斷路器與熔斷器等等之間的共同配合，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)的保護(hù)。而分布式光伏發(fā)電采用接入饋線的方式進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化，當(dāng)某一未知部分發(fā)生故障時(shí)，該部分的主電源測(cè)端點(diǎn)和與分布式光伏電源連接的斷電都會(huì)流過(guò)分布式光伏電源提供的短路電流[4]。所以，對(duì)于傳統(tǒng)的故障定位原理而言，分布式光伏發(fā)電在并網(wǎng)的時(shí)候就很難應(yīng)用。

2.4 對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行安全的影響

2.4.1 對(duì)計(jì)量安全的影響

分布式光伏發(fā)電采用新的系統(tǒng)接入配電網(wǎng)，并在客戶端安裝了特殊的計(jì)量表。這可能會(huì)導(dǎo)致用戶出現(xiàn)偷竊電量的可能，從而直接影響到計(jì)量電量的準(zhǔn)確性以及配電網(wǎng)的安全問(wèn)題。其中，一些不法分子可以利用并接電流和改接的方式竊電，導(dǎo)致電能表失靈，不能準(zhǔn)確地讀取用戶使用的電量，最終會(huì)對(duì)電量的統(tǒng)計(jì)數(shù)值造成實(shí)際影響。在交流電輸電過(guò)程中，如果出現(xiàn)負(fù)載的功率高于供電系統(tǒng)提供的功率，便會(huì)將用戶用電和光伏電源進(jìn)行交融。不法分子主要是通過(guò)線路改接來(lái)提高計(jì)量表所示的電流數(shù)值，偽造電量獲取政府高額的電量補(bǔ)貼等等。這是一種犯法的行為，同時(shí)也會(huì)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)的安全造成一定程度上的威脅。

2.4.2 對(duì)檢修安全的影響

在多數(shù)情況下，分布式光伏發(fā)電采用的是用戶側(cè)并網(wǎng)。若在符合與處理平衡的時(shí)候，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)便會(huì)出現(xiàn)孤島運(yùn)行問(wèn)題。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)斷路器并入配電網(wǎng)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作會(huì)迅速斷開另一個(gè)斷路器，但此時(shí)對(duì)應(yīng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)斷路器，沒(méi)有在一定時(shí)間范圍之間斷開，便會(huì)形成孤島問(wèn)題。如果在發(fā)生了孤島問(wèn)題的情況下，輸電系統(tǒng)仍然向部分用戶提供電量，就會(huì)對(duì)其人身安全造成影響。在對(duì)發(fā)生故障的電路進(jìn)行檢修時(shí)，檢修人員可能會(huì)因?yàn)橐恍┹^為細(xì)節(jié)的小故障未及時(shí)得到解決，發(fā)生不可預(yù)料的事故。

2.4.3 對(duì)網(wǎng)損的影響

DG 的容量、位置、負(fù)荷量的大小和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等因素都會(huì)對(duì)分布式光伏發(fā)電的網(wǎng)損造成影響。在負(fù)荷附近接入DG，當(dāng)該點(diǎn)處的DG 發(fā)電量都小于配網(wǎng)點(diǎn)中全部負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷量時(shí)，配電網(wǎng)中所有的輸電線路的損耗會(huì)減??；反之，當(dāng)配電網(wǎng)中只要出現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)處的負(fù)荷電量小于該點(diǎn)處的DG 發(fā)電量時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致處于配電網(wǎng)中的某些輸電線路損耗增加，但是對(duì)于總體輸電線路的損耗來(lái)說(shuō)，它的損耗是變小的[5]。

2.4.4 對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

分布式光伏電壓并入配電網(wǎng)時(shí)，輸電線路的電壓會(huì)升高，若進(jìn)一步升高，可能會(huì)出現(xiàn)電壓越界的問(wèn)題。在太陽(yáng)能光照不足時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)電源功率較低的情況，嚴(yán)重時(shí)會(huì)停止運(yùn)行。

3 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)影響的應(yīng)對(duì)措施

3.1 對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的的解決措施

有關(guān)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響涉及到三個(gè)方面，分別是：諧波畸變、改變潮流方向以及電壓波動(dòng)和閃變問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，需要抑制這三個(gè)方面帶來(lái)的影響。首先，為防止諧波畸變，可以將逆變器并聯(lián)在一起再運(yùn)行，這樣可以提高直流側(cè)的容量，提高配電網(wǎng)的發(fā)電功率，有效地降低諧波畸變帶來(lái)的影響。另一種方法是采用一種叫做有源濾波的技術(shù)。它是通過(guò)有無(wú)功率的共同配合、控制來(lái)降低影響的。此外，為了降低電壓波動(dòng)和閃變帶來(lái)的影響，可以將分布式發(fā)電的無(wú)功補(bǔ)償和有無(wú)功輸出控制進(jìn)行結(jié)合，并且進(jìn)行無(wú)功調(diào)節(jié)，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，從而達(dá)到降低電壓波動(dòng)和閃變影響的效果。分布式光伏發(fā)電的電壓具有波動(dòng)性，可限制其發(fā)電的容量，來(lái)提高分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的調(diào)節(jié)能力，將電壓穩(wěn)定在較小的范圍內(nèi)。

3.2 提高技術(shù)，更新設(shè)備

在對(duì)原來(lái)的技術(shù)參數(shù)、控制特性等研究問(wèn)題的前提下，需要對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能質(zhì)量、網(wǎng)損、計(jì)量以及應(yīng)用規(guī)模等多個(gè)方面進(jìn)行深入研究。提高相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)水平，更新分布式光伏發(fā)電使用的設(shè)施，可以進(jìn)一步確保電網(wǎng)的準(zhǔn)確性，讓電網(wǎng)可以正常運(yùn)行。

3.3 對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響的解決措施

分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)之后，保護(hù)重合閘存在故障的地方會(huì)出現(xiàn)其電弧持續(xù)時(shí)間變長(zhǎng)的問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，可以將重合閘的時(shí)延適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行延長(zhǎng)處理。光伏發(fā)電測(cè)重合閘繼電器應(yīng)檢同期，同時(shí)系統(tǒng)測(cè)應(yīng)檢線路應(yīng)該是沒(méi)有電壓的，這是為了避免發(fā)生非同期合閘的安全問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，用戶可以根據(jù)自己需求來(lái)選擇接入發(fā)電電源的數(shù)量。但以保安全，當(dāng)分布式光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)的容量超出了其所能承受的范圍時(shí)，需要對(duì)保護(hù)的靈敏性進(jìn)行校驗(yàn)，還要在電流保護(hù)的地方安裝方向繼電器。

3.4 降低網(wǎng)損的措施

網(wǎng)損主要與DG 的容量、位置、負(fù)荷量的大小等等因素有關(guān)。因此對(duì)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的位置進(jìn)行合理的規(guī)劃，科學(xué)的計(jì)算并分布電網(wǎng)并網(wǎng)的容量，可有效降低網(wǎng)損。分布式光伏發(fā)電具有容量小，數(shù)量多的特點(diǎn)。小容量的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)時(shí)，光伏接入點(diǎn)的距離母線的距離與網(wǎng)損成反比。所以實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，盡可能的保證在輸電線路的末尾處，分布式光伏發(fā)電的設(shè)備所接入的容量小于負(fù)荷功率需求，此時(shí)光伏接入的容量越多，網(wǎng)損就越小。因此，可通過(guò)控制其來(lái)降低網(wǎng)損的大小。

綜上，分布式光伏發(fā)電對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行有效利用，不燃燒煤炭，且不污染環(huán)境，符合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的需求。但將分布式光伏發(fā)電的電源接入配電網(wǎng)之后，對(duì)電能質(zhì)量、繼電保護(hù)等方面均會(huì)產(chǎn)生一系列的影響。需要專業(yè)的技術(shù)人員掌握更先進(jìn)的相關(guān)知識(shí)，結(jié)合先進(jìn)的機(jī)器設(shè)備，進(jìn)行多次研究對(duì)并網(wǎng)位置、并網(wǎng)容量等因素進(jìn)行合理規(guī)劃，保證中國(guó)電網(wǎng)可以安全運(yùn)行。