分布式光伏发电站并网对区域电网电压与电流稳定性的影响

朱国栋

（国网江苏省电力有限公司灌南县供电分公司，江苏 灌南 223500）

0 引 言

目前，分布式并网发电技术已经引起了社会的广泛重视。随着我国经济的快速发展，电力市场的电力供应量迅速增加，电力设备的运行状态也越来越接近极限，而分布式光伏发电的引入使得配电网由辐射状结构转变为多电源结构，将会引起原有的光伏发电并网系统和电压分布产生变化，从而产生一定的影响。

1 分布式光伏电站并网

实际运行中，光伏发电系统以特定的方式将太阳能转换成电能。目前，大部分的太阳能发电站都是采用分布式光伏发电技术，该技术具有输出功率较小、污染小以及电能密度低等环境兼容优势，将该技术应用到发电机组后可以更好地和周边的电站进行匹配[1]。电力系统相关工作人员需要进一步创新和发展光伏发电技术，进一步推动光伏发电技术的广泛应用。

在大多数情况下，配电网的结构可以分为树干型、环网型以及辐射型。其中，辐射式配电网结构具有接线简单、保护调整简单以及扩展方便等优点，被广泛应用于光伏发电站并网系统。

2 分布式光伏发电站并网系统发展现状

2.1 应用面临的问题

我国虽然有大量的屋顶资源，但是满足面积大、结构好以及承重强等条件的高质量屋顶较少。屋顶的承重和构造都是事先设计好的，农村大多数屋顶都是用于安装防晒瓦片等，城市因楼层较高而存在安装隐患，都阻碍着分布式光伏的安装。

目前，相关企业的技术水平尚未完善，使得屋顶光伏系统的安装存在一定的不确定性。许多公司内部手续复杂，使得分布式光伏发电项目进展缓慢。对于投资者而言，分布式光伏发电的发展存在巨大风险。在“标杆电价+补贴”模式下，当电力需求减少时，发电企业需要将剩余电量投入电网。建立长期、稳定以及低成本的融资渠道是分布式光伏发电发展的必要条件，但是目前存在投入与收益失衡的问题，导致其资金来源不足，制约着分布式光伏发电站的发展[2]。

近年来，国家针对分布式光伏发电发布了多项扶持政策，但由于监管不力和自有屋顶产权较少等，分布式光伏电站仍未得到很好的推广应用。

2.2 并网对公网的影响

太阳能光伏发电分为离网式和并网式2 种，不同的并网模式会对电网产生不同的影响。离网式光伏发电不会对公共网络产生任何影响，而并网式光伏发电系统会引起电网电压的波动。同时，将电力传输到电网的并网模式会对继电器的配置产生一定的影响。

光伏发电并网系统的引入改变了光伏发电并网系统原有的负载增长方式，使得光伏发电并网系统的改造与管理更加复杂，同时对光伏发电并网系统的规划和设计产生了一定的负面影响[3]。分布式光伏系统的引入使馈线的电压分布发生变化，但由于供电节点分布较分散且规模较小，使得光伏发电并网系统的协调控制难度增大，同时也威胁着电网的电压稳定性。对于采用逆变器连接到电力网的分布式光伏发电系统，其开关电源和电源补偿电容器都会造成一定程度的谐波污染，从而影响电力质量。

随着分布式光伏发电系统的并网，电网的电压波动和闪变次数增多，传统电力对电网的调节能力也随之下降，从而影响电网的安全、稳定运行。目前，国内光伏发电站并网系统大都采用单机辐射型网络。如果采用分布式电源并网，那么当其他并联分支出现故障时，会造成分布式光伏系统中的继电保护出现误动作，致使系统不能正常运行[4]。

分布式光伏发电系统还可能出现孤岛故障问题，孤岛故障会给电网的正常工作造成很大的影响，威胁线路维修人员的生命安全。在特定条件下，单纯的切断电源会对用电设备造成损害。当电网重新开始供电工作时，如果系统的电压相位与电网电压相位不一致，那么会产生强烈的电流冲击，威胁系统的安全运行。

2.3 间歇性发电的影响

当气候和外界环境恶化时，光感效果不佳，会影响光伏发电的功率，导致发电不连续，影响电网的正常运行。同时，由于间断电源的电压不稳定，会导致电网的输出功率不稳定，易发生电压闪烁的现象。基于该背景，需要在三相逆变控制的过程中采用比例积分控制器，通过引入电压前馈，从而提高系统供电的稳定性。

2.4 对电能质量的影响

当光伏发电并网系统接入分布式光伏发电并网系统时，系统的电压会受到抑制，且会瞬间下降。在没有发生短路故障的情况下，各节点的电压振幅会出现变化，该变化与分布电容的大小有关。此外，分布式电源与配电线路连接过程中可能会导致电机出现误启动或输出功率出现波动。在集中供电模式下，配电网络会呈现辐射状，当系统处于稳定状态时，馈线电压会逐渐下降。

2.5 电网运行控制不佳

采用光伏并网的方式能够实现对太阳能资源的有效利用，但是大规模应用后，供电部门的工作人员很难监测到电网的变化，不能准确预测电网的容量，导致电力调度工作出现很多问题。当光伏发电系统出现重大故障时，需要采用常规方法发电，并重新规划电力供应量[5]。如果并网后更多的分布式光伏供电系统进入配电网络，则会对电网调峰和调频产生严重影响，导致电网运行控制不佳。此外，在公用电网中采用这种发电方式，可以增加供电点的数量，扩大分布区域，从而提高电网的运行效率。

3 配电网电压的稳定性分析

光伏并网后，通过改变励磁调节方式和提高恒功率调节幅度，会对配电网容量产生较大影响。当光伏发电并网系统的分配潮流向异步发电机供给逆变脉冲时，电压恒控界面会向负荷节点（PQ 节点）发出微弱的连接信号，从而使光伏发电并网系统在较长的一段时间内处于振动状态。由于光伏发电并网系统的振动，电网容量上下限将继续扩大，直至上、下限之间的差值与电网的出线电压相等。配电网的分配流向有多个不同的逆变脉冲，电压恒控接口无法完全满足弱电信号的接入要求，为了防止电力传输中的阻塞，PQ 节点总是处于恒定的功率调节状态，并且在保证电网容量上下限的情况下促进电网实现稳定运行。

不论光伏发电系统是处于分布式接入还是集中式接入模式，其并网模式都会利用静态电压来调整系统。随着光伏发电并网系统的稳定性逐步提升，其前向输出将直接对配电网的反向功率进行控制。在电力损失低于配电网额定功率的情况下，采用调整并网模式的方法可以保证电网的电压稳定性。光伏发电系统的输出电压由低到高变化时，将使并网模式从单向联接转变为双向联接；当输出电压由高到低变化时，将使并网模式从双向联接转变为单向联接。不论采用哪一种方法，都会在很短的时间内将光伏发电并网系统的稳定电压调节至一个相对稳定的水平。

4 分布式光伏并网对配电网影响的改进措施

4.1 电网运行控制不佳的改善方法

为了解决并网后电网的控制效果不佳等问题，电力公司可以通过预测光伏发电功率等方法监测光伏电源和其他电源的运行，从而达到动态协调供电的目的。在太阳能电池供电后，可以精确地测量太阳能电池周边的太阳能光照强度，建立太阳能发电功率预测模型，通过对发电功率的预测为未来光伏发电并网系统的高效运行提供帮助。根据供电区域的照明状况对光伏发电装置进行调节，提升系统的稳定性。例如，在光照强度高的区域布置更多的光电供电设备。在光伏发电并网系统中，还存在着电力供应不稳定的问题，为了保证光伏发电并网系统的正常运转，需要利用备用的电力设备来保证电力的高效供应，提高系统的运行效率。

4.2 孤岛效应的改善方法

在电网停电后，对逆变器的运行参数进行检测。如果其输出功率和负载功率之间的差别很大，则说明存在孤岛效应。当二者的功率值相差很小时，检测效果并不理想。此外，可以采用有源探测的方法。当出现故障问题时，逆变器的异常参数将远超标准值，从而能够检测出孤岛效应。采用有源测试的方法可以得到具有高精度的参数，但是存在控制难度大等问题。

4.3 控制光伏并网系统的稳定性

为了实现我国光伏产业的高质量发展，需要从以下2 个方面着手。

一方面，推动电网向着智能化、高效化发展，提高光伏并网率。在高速双向通信技术的基础上，利用先进的传感和测量技术、控制方法以及决策支持系统，实现电网的智能化。

另一方面，做好国内的区域互联，强化清洁能源开发消纳，其中微能源网是一个重要的发展方向。要发展能源互联网，最核心的子单元就是智能微电网，智能微电网可以通过能量的储存和资源的优化配置，实现当地能源生产和电力消费的基本均衡，并能够根据实际需求与公共电网进行灵活互动。

4.4 合理选择光伏电站布点

光伏电站在接入公用电网时，因其接触区之间的效应不同，极大地影响了电网的安全稳定运行和接触区电压的大小。在并网时，由于接入点的电压值会有所升高，需要选择合适的接入点，在光伏接入系统后对光伏电站的布局进行优化研究。

5 结 论

分布式光伏发电并网技术是缓解当前能源危机和电力紧缺的重要手段之一，研究分布式光伏发电并网系统电压稳定问题对光伏发电未来的发展和使用具有重要的现实意义。通过对分布式光伏发电站并网系统的分析研究，提出了解决分布式光伏并网对配电网影响的相关措施，确保光伏发电系统结构的完整性和线路的协调性，为分布式光伏发电站并网的健康运行提供一定的理论支撑。