光伏電源是分布式發(fā)電技術(shù)中發(fā)展最迅速的部分。分布式光伏電源通過(guò)逆變器接入到配電網(wǎng)中，具有隨機(jī)性。與傳統(tǒng)的電站有所不同，因此有必要對(duì)分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)的影響進(jìn)行深入的研究。從對(duì)電壓的影響、對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)等7個(gè)方面詳細(xì)討論了分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)的影響，為后續(xù)的深入研究提供參考。
近年來(lái)，中國(guó)的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。并將在未來(lái)的電力供應(yīng)中扮演重要的角色。隨著越來(lái)越多的分布式光伏電源接入到配電網(wǎng)中，對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn).因此有必要對(duì)分布式光伏電源和配電網(wǎng)之間的交互影響進(jìn)行深入的研究。通過(guò)研究分析，采用新技術(shù)、制定新措施，在充分發(fā)揮光伏電源作用的同時(shí)，將光伏電源和配電網(wǎng)交互的不利影響減到最小。
分布式光伏電源和配電網(wǎng)之間的交互影響，包括光伏電源對(duì)配電網(wǎng)的影響和配電網(wǎng)對(duì)光伏電源的影響兩方面，本文將重點(diǎn)闡述分布式光伏電源接入后對(duì)配電網(wǎng)的影響。光伏電源對(duì)配電網(wǎng)的影響包含：升高接人點(diǎn)電壓、引起電壓波動(dòng)、注入電流諧波和直流分量、直流側(cè)接地故障、對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)、非正常孤島、對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃和營(yíng)運(yùn)的影響和提供輔助功能等。下面將從這7個(gè)方面對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)的影響進(jìn)行詳細(xì)討論。
1.對(duì)電壓的影響
集中供電的配電網(wǎng)一般呈輻射狀。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下。電壓沿饋線潮流方向逐漸降低。接入光伏電源后，由于饋線上的傳輸功率減少，使沿饋線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓被抬高.可能導(dǎo)致一些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓偏移超標(biāo)。其電壓被抬高多少與接人光伏電源的位置及總?cè)萘看笮∶芮邢嚓P(guān)。通常情況下?？赏ㄟ^(guò)在中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有載調(diào)壓變壓器和電壓調(diào)節(jié)器等調(diào)壓設(shè)備，將負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓偏移控制在符合規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)于配電網(wǎng)的電壓調(diào)整。合理設(shè)置光伏電源的運(yùn)行方式很重要。在午間陽(yáng)光充足時(shí).光伏電源出力通常較大，若線路輕載，光伏電源將明顯抬高接人點(diǎn)的電壓。如果接人點(diǎn)是在饋電線路的末端，接入點(diǎn)的電壓很可能會(huì)越過(guò)上限，這時(shí)必須合理設(shè)置光伏電源的運(yùn)行方式，如規(guī)定光伏電源必須參與調(diào)壓，吸收線路中多余的無(wú)功。在夜間重負(fù)荷時(shí)間段，光伏電源通常無(wú)出力，但仍可提供無(wú)功出力。改善線路的電壓質(zhì)量。
光伏電源對(duì)電壓的影響還體現(xiàn)在可能造成電壓的波動(dòng)和閃變。由于光伏電源的出力隨入射的太陽(yáng)輻照度而變。可能會(huì)造成局部配電線路的電壓波動(dòng)和閃變，若跟負(fù)荷改變疊加在一起。將會(huì)引起更大的電壓波動(dòng)和閃變。雖然目前實(shí)際運(yùn)行的光伏電源并沒(méi)引起顯著的電壓波動(dòng)和閃變。但當(dāng)大量并網(wǎng)光伏電源接入時(shí)。對(duì)接入位置和容量進(jìn)行合理的規(guī)劃依然很重要。
2.對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)
通常認(rèn)為在配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)生短路時(shí)。接入到配電網(wǎng)絡(luò)中的光伏電源對(duì)短路電流貢獻(xiàn)不大，穩(wěn)態(tài)短路電流一般只比光伏電源額定輸出電流大10%一20%.短路瞬間的電流峰值跟光伏電源逆變器自身的儲(chǔ)能元件和輸出控制性能有關(guān)。在配電網(wǎng)絡(luò)中。短路[工業(yè)電器網(wǎng)-cnelc]保護(hù)一般采用過(guò)流保護(hù)加熔斷保護(hù)。對(duì)于高滲透率的光伏電源，饋電線路上發(fā)生短路故障時(shí)?？赡苡捎诠夥娫刺峁┙^大部分的短路電流而導(dǎo)致饋電線路無(wú)法檢測(cè)出短路故障。
1999年，IEA—PVPS—Task一5(國(guó)際能源署中的光伏技術(shù)工作組)在日本曾用4個(gè)不同廠家控制電流注入的逆變器連接到一個(gè)配電網(wǎng)上的柱式變壓器。然后在變壓器另一側(cè)進(jìn)行短路試驗(yàn)。試驗(yàn)表明.短路電流上升不超過(guò)故障前的2倍。l一2個(gè)周波就隔離了故障。此外，日本還對(duì)一個(gè)200kWp的光伏電源系統(tǒng)進(jìn)行短路試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)：短路電流經(jīng)過(guò)變壓器后。電流變小，變壓器過(guò)流保護(hù)不動(dòng)作。2003年。美國(guó)的NERUS](美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室)曾做過(guò)關(guān)于分布式發(fā)電與配電網(wǎng)絡(luò)之間的交互影響的研究。
采用以逆變器方式接人的分布式電源，仿真原型建立在13.2kV的中壓配電網(wǎng)絡(luò)上。分布式電源的容量是5MW，研究重點(diǎn)是熔斷保護(hù)特性。結(jié)果表明，當(dāng)發(fā)生單相和三相故障時(shí)，以逆變器方式接入的分布式電源對(duì)短路電流的貢獻(xiàn)很小.短路電流主要來(lái)自主網(wǎng)，甚至比5MW感應(yīng)電機(jī)提供的短路電流還要小的多。因此，可以得出以控制電流注入的光伏電源逆變器對(duì)短路電流貢獻(xiàn)不大的結(jié)論。3非正常孤島隨著在配電網(wǎng)絡(luò)中有越來(lái)越多的分布式電源接人。出現(xiàn)非正常孤島的可能性也越來(lái)越大，IEC[6】在1998年曾用“故障樹(shù)理論”分析非正常孤島發(fā)生后發(fā)生觸電的可能性。2002年.IEA—PVPS—Task一5I7l曾用“故障樹(shù)理論”分析光伏電源的非正常孤島。在考慮光伏電源滲透率達(dá)6倍夜間負(fù)荷的極端情形下，發(fā)現(xiàn)非正常孤島導(dǎo)致觸電的可能性很小。概率小于10。9次，年。因此，只要管理得當(dāng)，加上光伏電源逆變器自身帶有反孤島功能。
大量光伏電源的接人并不會(huì)給系統(tǒng)增加實(shí)質(zhì)性的觸電風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)。對(duì)荷蘭地區(qū)一個(gè)典型低電壓住宅區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)就光伏電源系統(tǒng)發(fā)生孤島的可能性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)該區(qū)光伏電源發(fā)生非正常孤島運(yùn)行的可能性低于10巧一10巧次/年，幾乎為零。因此，認(rèn)為在住宅區(qū)大量接人光伏電源導(dǎo)致發(fā)生非正常孤島的可能性很小。2006年，DISPOWERl8J對(duì)在德國(guó)使用的帶檢測(cè)電網(wǎng)阻抗變化的反孤島策略及電網(wǎng)電壓和頻率監(jiān)控的光伏電源逆變器進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明當(dāng)電網(wǎng)在一般低阻抗情況下運(yùn)行時(shí)，效果理想;當(dāng)電網(wǎng)在高阻抗不理想的情況下運(yùn)行時(shí)。光伏電源逆變器檢測(cè)電網(wǎng)阻抗變化精確度比較差，目前還沒(méi)有很好的解決方案來(lái)滿足德國(guó)對(duì)光伏電源反孤島策略的標(biāo)準(zhǔn)要求。近年來(lái).大量研究結(jié)論表明：即使將來(lái)有大量分布式電源接入到配電網(wǎng)中，只要措施得當(dāng)，發(fā)生非正常孤島的風(fēng)險(xiǎn)可控制在合理的范圍內(nèi)，并不會(huì)使系統(tǒng)發(fā)生非正常孤島風(fēng)險(xiǎn)的可能性有實(shí)質(zhì)性增加。因而發(fā)生非正常孤島不會(huì)成為妨礙光伏電源等分布式電源接入的一個(gè)技術(shù)壁壘。
