分布式光伏发电系统对博州地区电网影响的研究

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摘要：本文通过对新疆博州地区电网中分布式光伏发电站并网发电后的运行数据进行分析研究，并结合现阶段的光伏并网发电的特点，分析光伏发电接入对该地区的电网调度、无功电压和继电保护等方面的影响。

关键词：光伏发电系统；并网；配电网；影响

中图分类号：U223文献标识码： A

近年来，以可再生能源为主的分布式发电技术得到了快速发展，成为大系统电能供应不可缺少的有益补充，集中式与分布式电源的有机结合将是21世纪电力工业与能源产业的重要发展方向[1]。一般来说，分布式电源是集成或单独使用、靠近用户的小型模块化发电设备，多为容量在50MW以下的小型发电机组，包括风电、光伏、生物能等在内的可再生能源发电系统。

本文主要分析分布式光伏发电系统。从电网运行管理这个角度出发，光伏发电本身具有的特性异于常规发电方式（如火电、水电的可控性），这对电网的运行管理，特别是电能质量、可靠性以及安全性等方面提出了更高的要求。现阶段人们对光伏并网发电系统的特性（包括光伏发电系统自身、并网光伏发电系统对电网的影响以及电网对并网光伏发电系统的影响）认识还不够。所以研究实际的并网光伏发电系统对电网的影响就变得非常有实际意义。

以新疆博州地区20MWp光伏发电系统为例，通过35kV输电线路接入系统，通过该光伏电站实际运行数据并结合现阶段博州地区电网负荷特性，分析分布式光伏发电系统接入电网对博州地区电网电压、负荷预测、调度运行等方面的影响。

1博州地区电网特性

博州地区电网处于新疆电网末端，相对于新疆地区电网来说该地区电网属于较小的电网，且该地区无大型工业负荷，基本靠农灌负荷支撑，因此负荷峰谷差较大，电压矛盾突出，调压手段单一。

2分布式光伏接入系统情况

海润光伏电站是目前博州地区容量最小的一座光伏电站，通过35kV海润杞光一线直接接入110kV红杞变与主网相连，本期规模为20MWp，目前已全部并网运行。接入系统示意图如图1所示。

图1 海润光伏电站系统接入示意图

该光伏电站站内采用40台SG500MX型号光伏组件，机端额定电压315V，额定功率为0.5MW，通过20台分列升压变分成4组升压汇集线至35kV母线，35kV母线上接有一台SVG，容量为-2~+2Mvar。

3光伏发电基本原理与特点

光伏发电是指利用光伏电池将太阳辐射能量直接转化为电能的发电方式。根据入网方式和安装类型，太阳能光伏发电系统可分为独立太阳能光伏系统（也称离网型）、并网光伏系统和混合型光伏发电系统[1]。

海润光伏电站则属于并网光伏系统，它由光伏组件、直流检测配电箱、交流逆变器、计量装置以及上网配电系统组成。该站通过太阳电池阵列产生电能，通过交流器逆变成交流接入到主网系统中。

图2 并网光伏发电系统示意图

光伏发电系统特点是太阳能无枯竭危险、属于清洁型能源、基本不受资源分布地域的限制、可在负载处就近发电、能源质量高等，但也存在其劣势，比如造价高、夜间不发电、照射能量分布密度小等。

4对电网的影响

4.1对电压的影响

海润光伏电站通过35kV输电线路接入110kV红杞变35kVⅠ母，110kV红杞变采用中低压侧分列运行方式。在正常运行方式下，110kV红杞变35kVⅠ、Ⅱ母电压均衡，当光伏电站满发时，由于光伏发电，是的母线上传输功率下降，导致该段母线电压升高，从而导致某些节点的电压越上限，分析表明电压上升的幅度与接入光伏电站的位置和总量的大小密切相关。

对于上述电压越上限的问题，通常采取的措施是调节配网中有载变压器的分接头、电压调节器和投退无功补偿等设备。然而合理设置光伏电站的运行方式对于配网中的电压调整也是至关重要的。如在冬季负荷低谷期，主网系统电压本身偏高的情况下，而光伏电站此时处于停发状态，站内SVG并没有参与电网的调压工作，那么接入点的电压明显被抬高。此时接入点电压将可能越上限，这时就必须合理的设置光伏电站的运行方式。比如规定光伏电站必须参与电网的调压，吸收输电线路中多余的无功功率。在线路重负荷期间，光伏电站必须多发无功，以改善线路的电压质量。

光伏发电对电压的影响还表现在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面。光伏发电的出力受太阳的入射福照度而变，可造成局部线路电压波动和闪变，若与负荷的波动叠加在一起，又将带来更大的电压波动和闪变。如图3、4、5所示为海润光伏电站出力情况和对接入点电压的影响。

图3 红杞变侧光伏电站有功曲线

（单位：MW,h）

图4 红杞变侧光伏电站无功曲线

（单位：Mvar,h）

由图3可以看出，在13:00-15:00之间，海润光伏电站出力最大，受光照密度小的影响并未达到满发状态。光伏最大出力时，该站也发出一部分无功功率，对电网电压有一定的调节作用，在13:00-15:00之间，受光伏无功出力影响，电压明显有下降趋势。但因博州地区负荷基数小，电压长期偏高，最高可达38.7kV，最低电压也在37.6kV，电压振幅可达1.1kV。如图5所示。

图5 接入点35kV母线电压曲线

（单位：kV,h）

对于该地区电网而言，调压手段单一且负荷基数小是导致调压困难的最主要原因，加之近年来光伏、风电等新能源和电气化铁路的大量接入，加重了调压难度。同时该地区电网目前并无SVC静止无功补偿装置，无法达到优良的无功补偿效果。

4.1.1 SVC技术原理及应用

SVC是以晶闸管控制的电抗器TCR、晶闸管投切电容器TSC及两者混合装置TCR+TSC等主要形式组成，其重要特性就是能比较稳定的保持动态变化负荷的功率因数，同时还具有较快的响应速度以维持端电压的恒定。能较好解决单相负荷造成的供电网严重三相不平衡及功率因数低、谐波含量高、电压波动与闪变等问题。因此SVC非常适合大量光伏电站接入系统的电网。

4.2 对负荷预测的影响

新疆地区电网现行的电网发电计划，尤其是日负荷预测是当日12:00前预测第3工作日的负荷。由于光伏发电站的发电量受天气变化影响，使得整个电网的负荷总量具有了更多的多变性和随机性，从而给电网的发电计划，尤其是日负荷预测的准确性带来了较大的难度。

4.3 对调度运行的影响

光伏发电受光照变化的影响出力不受控制。海润光伏电站也不具有调度自动化功能，电网调度运行部门不能对其直接控制，所以不能参与电网电压的调整和电网的调频。这无疑会减少配网中的可调度发电厂的容量，给配网控制与调度运行带来更大地难度。

4.4对继电保护的影响

博州电网中的配网保护主要是断路器的电流三段保护，主线路上装设有自动重合闸，支路上为熔断器。海润光伏电站接入配电网的末端，改变了原有的单侧电源和辐射型网络，使其变成了双断网络，从而改变了故障电流的方向、大小和持续时间。

图6光伏并网与配网典型接线示意图

如图7所示，当线路AB段K1点发生短路故障，依据选择性原则应由保护QF1动作切除故障。故障点K1的故障电流由系统电源和PV共同提供，此时的故障电流要大于PV接入前的故障电流，然而QF1感受到的故障电流仅由电源侧提供，由于PV分流作用使得QF1感受到的故障电流减小，影响了保护QF1的灵敏性，若接入点PV的容量很大，保护QF1可能会拒动。当K2点故障，故障电流由系统电源和PV共同提供，由于PV的助增电流作用，使得保护QF2的灵敏性增加。

光伏电站自身的故障也会对并网系统的运行和保护产生影响。另外，当光伏系统抗孤岛保护功能时间不能和自动重合闸装置协调配合时，也会引起非同期合闸等危害。

当配电网故障时，光伏并网发电系统可能采取解列运行方式，但解列后重新接人电网的同期过程中，应尽量减少对配电网产生的冲击，且应采取一定的控制策略和手段给予保证。

5 结论

光伏作为分布式新能源发电的一种形式，越来越受到人们的青睐，其发展的步伐不可阻挡。然而大量的光伏并网发电运行，对传统的输配电网的安全稳定运行带来了新的挑战。

本文根据实际的海润光伏电站运行数据的分析，指出光伏电站对配电网电压、短路电流、电网调度和日负荷预测等方面影响。因此，有必要进行深入的研究并网发电对配电网的影响。使接入光伏的配电网能够更加安全、稳定和经济的运行。

参考文献

[1] 吴素农，范瑞祥，朱永强等.分布式电源控制与运行 [J].太阳能,2012(3):64-65.

[2] 方廷,韩郁,张岚.一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法[J].电网与清洁能源,2009,25(7):57-60.

[3] 马胜红,陆虎俞.太阳能光伏发电技术 储能蓄电池[J].大众用电，2006 (4) 40-43.

[4] 赵春江,杨金焕,陈中华,等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术,2007,25(5):461-465.

[5] 姜宁，赵剑锋等，电压无功控制及优化技术[J].系统电压调整，2011（10）5.