分布式光伏发电对低压电网的影响与对策

0 引言

分布式光伏发电作为一种新型的能源与能源的综合利用模式，具有形式灵活、管理与运行成本低廉等优点，在无噪声、无空气与水体污染的情况下，具有显著的环保效益，对于优化能源结构，实现节能减排，具有十分重要的意义。分布式光伏发电小规模并网时，其对电网的影响微乎其微，而分布式光伏发电大规模并网或集中在某条供电线路、台区或变电站，则会对电网造成较大的影响。为了确保电力系统的安全可靠运行，有必要对分布式光伏发电的接入进行综合分析。

1 研究背景

分布式光伏发电并网要求。（1）接入方式。与低压电网和大电网的区别在于，分布式光伏发电在并网中的首要要求是安全性。要防止大电流、高压对分布式电源的影响、损坏。要保证电网接入后，可以稳定地向电网输送电能。在并网电压存在显著差别的情况下，要做好光伏发电系统的容量控制工作，在低压配网中，变压器所占的比重约为25%。另外，并联短路电流不得超过总系统额定电流的十分之一。在假定高、低电压均能满足接入需求的情况下，为了降低并网的不利影响，一般都会优先采用低电压。（2）分布式光伏发电系统电能质量和其他要求。目前，我国的光伏发电还处在起步阶段，所产生的电力质量良莠不齐，因此，对其接入电网之前，必须对其进行全面的评估。对电力系统进行评价时，需要考虑的因素比较多，例如：供电能力、并联机模式、变流机种类等等。分布式光伏发电系统并网后，所发出的电能以及向周边地区交流电网提供的电能，其电压偏差、谐波、闪变、电压波动、谐波等各个方面都要满足国家标准。高压电力系统在未接入电力系统之前，其一端的电流、电压总体上保持了较高的稳定性，但其运行过程中的功率波动也存在着较大的规律性。为了确保电力市场中的电力供应，分布式光伏发电系统必须具有较强的电力调节功能。根据某区域低压电网和电力消费者用电的实际情况，应保证10kV和35kV以下等级的分布式光伏发电系统能够调节其电压和功率，而且不超过低压电网工作上限。根据国家电力行业标准，分布式光伏接入电网时，其公用接触点的电压偏差必须符合《GB/T12325-2008，电能质量供电电压偏差》的要求。若电网接入点电压为20kV，则接入点电压波动不超过1.4kV；在电网接入点电压低于20kV的情况下，接入点电压变化不能超过1.2kV。

 

2 分布式光伏并网对低压电网的影响

2.1案例系统概况

本文以某分布式光伏发电系统并网点为研究对象，着重对低压电网的有关影响进行了分析，就这一分布式光伏发电系统而言，其装机容量为10MW，交流电低压配电网的接入点为380V，根据当地的实际工作情况可知，在将分布式光伏发电系统接入该低压电网后，会对配电网的系统的稳定性、电能的质量、运行的可控性等造成影响。

2.2电能质量影响

经过连续观察，可以很快发现，低压电网和分布式光伏系统并网后，逆变器应用的高频调制频繁出现谐波现象。当光伏系统与大电网共存时，储能电能可以在电压上同步。经过长期的运行，必然会造成谐波的进一步放大现象。许多时候，无法进行稳定的控制。尽管研究区域阳光充足，但也有阴天、下雨的时候。在多云或多雨的情况下，光伏系统很难保证自身的工作质量与效率，发电能力的不稳定将对电网的运行造成影响。光伏系统频繁发生闪烁及电压波动的现状。另外，随着配电网络的接入，配电网络的复杂性也将随之出现。这时就需要做电能的分配、传输、集中工作，而这种现象也会给电网工作带来很大的压力。

2.3孤岛效应

“孤岛效应”指的是分布式光伏发电系统并网后所产生的一种现象，因为它的工作方式与大电网是并列的（很少的情况下，两者之间可能会有密切的联系），所以，在大电网发生故障的时候，就有可能会中断供电。如果分布式光伏发电系统的一方不理解这一现象，就按照正常的工作要求对电网进行供电，这不仅会造成电能的浪费，它也可能对参与电力系统维修和维修的工作人员产生危害。此外，如果分布式光伏的一端出现了故障，那么在分布式光伏并网的条件下，分布式光伏的电流也有可能会引起分布式光伏的系统端工作不正常。

 

3 应对影响的解决措施

3.1电能质量相关影响的解决措施

对于分布式光伏而言，不管采用何种方法，都不可能完全消除分布式光伏带来的电力质量问题，但是可以采用一定的技术手段来减少分布式光伏带来的电力质量问题。对于某一地区的分布式光伏发电系统来说，由于其建设工作由地方政府部门进行统筹管理，所以，可以对项目进行具体的分析，在规划阶段，选择适当的电能质量治理装置，将其配置到分布式光伏发电系统的一端，并测试系统功能。该装置在并网之前，需达到10MW机组的容量及谐波指标，即其发电效率应达到60%以上。对于电池而言，它的电量应当比整个系统的总电力要多，即16～32h，并且要符合它对临时性电力输送，稳定输送的基本条件。

3.2孤岛效应的解决措施

目前，解决“孤岛”问题，多采用技术检查的方式，利用多种检查方式，了解电力系统的运行状况，并有针对性地进行分析与解决。由于“孤岛”现象并无一定的规律性，本研究拟采用一种分散式的监测方式，以此提升总体运作效能。其关键思想是在分布式光伏与低压电网的并站点上安装一台装置，以了解分布式光伏与低压电网之间的并站点上的情况，从而实现分布式光伏与低压电网之间的连接。当电网运行异常，供电中断时，能够快速地将该消息发送给管理端，终止分布式光伏的传输，将剩余的电量存储在大容量的电池中，当电池的电量为满时，则会暂停供电。同时，该设备在检测到分布式光伏系统出现了异常情况时，也会发出警报，避免了网络的电力流入分布式光伏，保证了分布式光伏系统不会因为“孤立”现象而受到损害。

3.3模拟实验和综合评析

为了进行模拟实验，就某地区分布式光伏发电系统并网点进行研究，基于计算机，通过电能质量治理装置、智能技术、检测手段等，分析其工作效果。以这为依据，用电脑来仿真它的参数，它的动态指数中，包含了天气的情况、低压电网工作异常、光伏发电系统工作异常等。从而对电网的谐波进行积极有效的控制，当不能正常运行时，预警会被及时发出，即分布在各处的设备，进而达到电网工作所需。

 

4 安科瑞分布式光伏监控系统

4.1 概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备，气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括：站点监测，逆变器监测，发电统计，逆变器一次图，操作日志，告警信息，环境监测，设备档案，运维管理，角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台，及时掌握光伏发电效率和发电收益。

4.2 应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是：广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏，这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

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4.3 系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表，通过网关将采集的数据上传至服务器，并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台，及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

 

4.4 系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构，任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态（如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息）。

（1）光伏发电综合看板

显示所有光伏电站的数量，装机容量，实时发电功率。

累计日、月、年发电量及发电收益。

累计社会效益。

柱状图展示月发电量

（2）电站状态

电站状态展示当前光伏电站发电功率，补贴电价，峰值功率等基本参数。

统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

摄像头实时监测现场环境，并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

（3）逆变器状态

逆变器基本参数显示。

日、月、年发电量及发电收益显示。

通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

直流侧电压电流查询。

交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

（4）电站发电统计

展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

（5）逆变器发电统计

展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

（6）配电图

实时展示逆变器交、直流侧的数据。

展示当前逆变器接入组件数量。

展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

展示逆变器型号及厂商。

（7）逆变器曲线分析

展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

（8）事件记录

操作日志：用户登录情况查询。

短信日志：查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

平台运行日志：查看仪表、网关离线状况。

报警信息：将报警分进行分级处理，记录报警内容，发生时间以及确认状态。

（9）运行环境

视频监控：通过安装在现场的视频摄像头，可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头，还支持录像回放以及云台控制功能。

5 结语

分布式光伏发电是一种解决能源与环境问题的重要手段，但其在电网中所产生的电能质量、继电保护、电网规划等诸多问题也不容忽视，因此有必要对其进行深入研究。文章对电力系统中存在的一些问题进行了分析，并提出了相应的解决方法。一是要求在建设分布式光伏系统之前，对系统进行详细的规划，并对其进行电力品质的治理安装；二是利用各种探测方法，对“孤岛”现象进行了计算和分析。经仿真试验及全面评价，验证了该方法的正确性，并可在实践中加以推广。