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，因此有必要對分布式光伏電源對配電網(wǎng)的影響進(jìn)行深入的研究。從對電壓的影響、對短路電流的貢獻(xiàn)等7個方面詳細(xì)討論了分布式光伏電源對配電網(wǎng)的影響，為后續(xù)的深入研究提供參考。
近年來，中國的光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。并將在未來的電力供應(yīng)中扮演重要的角色。隨著越來越多的分布式光伏電源接入到配電網(wǎng)中，對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)提出了新的挑戰(zhàn).因此有必要對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，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，包括光伏電源對配電網(wǎng)的影響和配電網(wǎng)對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配電網(wǎng)的影響。光伏電源對配電網(wǎng)的影響包含：升高接人點(diǎn)電壓、引起電壓波動、注入電流諧波和直流分量、直流側(cè)接地故障、對短路電流的貢獻(xiàn)、非正常孤島、對配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、規(guī)劃和營運(yùn)的影響和提供輔助功能等。下面將從這7個方面對配電網(wǎng)絡(luò)的影響進(jìn)行詳細(xì)討論。
1.對電壓的影響
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^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。在午間陽光充足時.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)的電壓很可能會越過上限，這時必須合理設(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功。在夜間重負(fù)荷時間段，光伏電源通常無出力，但仍可提供無功出力。改善線路的電壓質(zhì)量。
光伏電源對電壓的影響還體現(xiàn)在可能造成電壓的波動和閃變。由于光伏電源的出力隨入射的太陽輻照度而變?？赡軙斐删植颗潆娋€路的電壓波動和閃變，若跟負(fù)荷改變疊加在一起。將會引起更大的電壓波動和閃變。雖然目前實際運(yùn)行的光伏電源并沒引起顯著的電壓波動和閃變。但當(dāng)大量并網(wǎng)光伏電源接入時。對接入位置和容量進(jìn)行合理的規(guī)劃依然很重要。
2.對短路電流的貢獻(xiàn)
通常認(rèn)為在配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)生短路時。接入到配電網(wǎng)絡(luò)中的光伏電源對短路電流貢獻(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)一般采用過流保護(hù)加熔斷保護(hù)。對于高滲透率的光伏電源，饋電線路上發(fā)生短路故障時?？赡苡捎诠夥娫刺峁┙^大部分的短路電流而導(dǎo)致饋電線路無法檢測出短路故障。
1999年，IEA—PVPS—Task一5(國際能源署中的光伏技術(shù)工作組)在日本曾用4個不同廠家控制電流注入的逆變器連接到一個配電網(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。試驗表明.短路電流上升不超過故障前的2倍。l一2個周波就隔離了故障。此外，日本還對一個200kWp的光伏電源系統(tǒng)進(jìn)行短路試驗，研究發(fā)現(xiàn)：短路電流經(jīng)過變壓器后。電流變小，變壓器過流保護(hù)不動作。2003年。美國的NERUS](美國可再生能源國家實驗室)曾做過關(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，以逆變器方式接入的分布式電源對短路電流的貢獻(xiàn)很小.短路電流主要來自主網(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越大，IEC[6】在1998年曾用“故障樹理論”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給系統(tǒng)增加實質(zhì)性的觸電風(fēng)險。同時。對荷蘭地區(qū)一個典型低電壓住宅區(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對在德國使用的帶檢測電網(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)行了測試。結(jié)果表明當(dāng)電網(wǎng)在一般低阻抗情況下運(yùn)行時，效果理想;當(dāng)電網(wǎng)在高阻抗不理想的情況下運(yùn)行時。光伏電源逆變器檢測電網(wǎng)阻抗變化精確度比較差，目前還沒有很好的解決方案來滿足德國對光伏電源反孤島策略的標(biāo)準(zhǔn)要求。近年來.大量研究結(jié)論表明：即使將來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)險可控制在合理的范圍內(nèi)，并不會使系統(tǒng)發(fā)生非正常孤島風(fēng)險的可能性有實質(zhì)性增加。因而發(fā)生非正常孤島不會成為妨礙光伏電源等分布式電源接入的一個技術(shù)壁壘。
