分布式光伏发电并网系统电压稳定性研究

王伟锋

摘要：我国是世界最大能源生产国和消费国，传统能源生产和消费模式已难以适应当前形势。在倡导建设资源节约型、环境友好型社会的同时，推动分布式能源革命势在必行、刻不容缓。从太阳能发电的优点来看，发展分布式光伏发电是节能减排的重要途径之一。我国有76%的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀，全年辐射总量为917-2333kWh/m2，理论总储量为147×108GWh/a，资源优势明显。因此，分布式光伏发电终将成为集中供电不可或缺的重要补充。

关键词：分布式；光伏并网；电压稳定性；分析

1导言

目前光伏发电并网系统已成为绿色能源开发的主要形式之一。光伏发电并网系统可分为集中式并网和分布式并网两种，其中分布式并网系统一般就近接入380V/220V低压配电网。与风力发电相似，光伏发电也具有波动性、随机性和间歇性的特点，从而给电网运行带来一定的风险，其中包括对配电网的电压稳定性可能会产生不利的影响。分布式光伏电源在一些工矿企业以及生活小区已得到推广使用，因此研究分布式光伏发电并网系统的电压稳定性问题具有现实意义。

2我国分布式光伏发电发展现状

当前，我国光伏产业的发展面临巨大挑战，尤其是在我国光伏产品经历欧债危机和遭遇欧美的“双反”之后，光伏产品在国外市场持续低迷。国家为了推动光伏发电产业持续健康发展，出台一系列支持、鼓励太阳能光伏发电的政策。2009年，我国启动了“金太阳”工程和光电建筑示范项目，中国的分布式光伏发电得到了迅速推广。2015年11月，中电国际首个分布式光伏发电项目——洛阳一拖6MWP分布式光伏发电项目实现了“自发自用，余电上网”的分布式光伏发电模式，这对分布式光伏发电的推广起到积极的作用。我国分布式光伏发电虽然比日本、美国、欧洲等发达国家起步得晚，但是在相关政策的激励下，我国分布式光伏发电发展的新阶段即将到来。2010年，全球太阳能电池年产量1600万千瓦，而我国光伏电池产量达1000万千瓦。

2.1分布式光伏发电系统应用面临的问题

一是资源问题。屋顶资源是目前分布式光伏发电发展面临的主要问题之一。中国屋顶资源虽多，但满足面积大、结构好、承重强的优质屋顶资源稀少。由于屋顶的承重和结构都是预先设计好的，所以不是所有的屋顶都符合电量自发自用90%以上的条件，这也阻碍了家庭分布式光伏的推广。二是项目融资问题。一方面，在实际操作过程中，企业普遍存在对电站分享收益积极性不高、怕麻烦的心态，且企业继存的问题导致屋顶光伏发电系统存在一定的不确定性，也在很大程度上影响了投资者的信心。很多企业内部程序多、手续复杂，这也导致分布式光伏电站建设的推进速度缓慢。另一方面，对投资者而言，开发分布式光伏发电收益风险较大。在“脱硫标杆上网电价+补贴”模式下，如果用户的用电需求出现萎缩，发电方只能选择余电上网，那么其整体收益会大大缩水。构建长期、稳定、低成本的融资渠道是分布式光伏发电发展壮大的重要前提，投资和收益的不成比例使得融资一直缺乏吸引力。三是政策问题。尽管近年来国家多次对分布式光伏发电给予政策支持，部分地方政府也出台了各自的补贴政策，但由于审批程序繁琐、度电补贴政策不明朗、监管不力、自有屋顶产权较少等因素，分布式光伏电站仍未能得到很好的推广应用。

2.2分布式光伏发电系统并网对公网的影响

光伏发电系统可分为离网型和并网型，不同的并网方式对公网的影响各不相同。离网型的分布式光伏发电对公网没有影响；并网型的分布式光伏发电会造成电压波动。并网且向电网输送功率的并网方式，还会影响继电保护的配置。以下主要分析并网型分布式光伏系统对公网的影响。一是对电网规划的影响。分布式光伏发电系统并网后会加大了其所在区域的负荷预测难度。分布式电源的接入改变了既有的负荷增长模式，这不仅使配电网的改造和管理变得更为复杂，还给电网的规划设计带来不利的影响。二是对电能质量的影响。分布式光伏发电的接入改变了馈线上的电压分布，由于接入的电源点比较分散，规模又比较小，这在很大程度上加大了电源协调控制的困难，对电网的电压稳定和频率安全等方面都造成了一定的影响。通过逆变器接入电网的分布式光伏发电系统的开停机以及发电站补偿电容器投切都会对电网带来谐波污染，进而影响电能质量。在分布式光伏发电系统并网接入后，电网的电压波动与闪变次数增加，常规电源对电网的调控能力也会相应减弱，这对于电网的安全稳定运行控制是极为不利的。三是对继电保护的影响。我国当前的电网大多为单电源放射状结构，多采用速断、限时速断保护形式，不具备方向性。分布式电源并网后，其注入功率会使继电保护范围缩小，降低电网正常运行的可靠性，在其他并联分支故障时，会导致安装在分布式光伏发电上的继电保护发生误动作。四是孤岛故障。孤岛故障会对电网的运行造成许多的危害，首先是危及电力线路维护人员的生命安全，其次是在一些特殊情况下断开供电时会损坏用电设备，在电网恢复供电瞬间并网发电系统电压的相位与电网电压相位不同步而产生强大的电流冲击。

3380V/220V低压配电网电压失稳实用判据

按《电力系统安全稳定导则》给出的定义，电力系统电压稳定性是指当系统受到小的或大的扰动后，系统电压能保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。根据此定义，系统要维持电压稳定，应保证各用电设备能够正常运行、不改变工作特性。一般而言，380V三相异步电动机的工作电压不应超过额定电压值的±5%，当电动机在低于额定电压90%的情况下较长时间运行，将会导致绕组过热，严重时甚至烧毁。而对220V单相电器，当供电电压低于一定值时，也会导致其不能正常工作。如空调工作的最低电压不能低于额定电压的90%，否则就会运行不正常，或者无法启动，也易损坏压缩机。《南方电网安全稳定计算分析导则》对大扰动电压稳定性给出失稳实用判据，即暂态和动态过程中母线电压下降持续低于平均额定电压75%的时间超过1s。从电压稳定性应能保证用电设备正常工作特性的角度出发，并参照大电网电压失稳的实用判据，可定义380/220V低压配电网电压失稳的实用标准为：当低压配电网遭受扰动使380V或220V母线电压下降持续低于电压稳定限定值的时间超过规定值，则认为配电网电压失稳。电压稳定限定值越低，时间规定值则越小。

4结论

分布式光伏发电并网技术是缓解当前能源危机及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．本文运用PSAT仿真软件从多个方面研究分布式光伏发电接入配电网前后对系统电压稳定性的影响，得出结论：一是分布式光伏发电接入能够提高配电网系统的最大负荷参数，增大系统静态电压稳定域，改善配电网静态电压稳定性；二是分布式光伏发电接入配电网后，系统整体电压水平得到提升，且越靠近光伏电源的节点电压提升越明显，消除了系统电压稳定最薄弱母线对电压稳定性的不利影响；三是存在使系统静态电压稳定域达到最大的光伏渗透率，合理配置分布式光伏电源接入配电网的容量对配电网稳定运行具有重要的意义。

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