浅析分布式光伏发电对配电网电压的影响 武强

发表时间:2019/4/22   来源:《电力设备》2018年第31期   作者:武强 李巧红
[导读] 摘要:分布式光伏发电的前景十分广阔,但是同时在发展中将面临诸多方面的问题,因而本文笔者就分布式光伏发电对配电网电压的影响进行简要探讨。
        (国网南城县供电公司  江西抚州  344700)
        摘要:分布式光伏发电的前景十分广阔,但是同时在发展中将面临诸多方面的问题,因而本文笔者就分布式光伏发电对配电网电压的影响进行简要探讨。
        关键词:分布式;光伏发电;配电网
        一、分布式光伏发电的具体优势
        1.有助于并网
        由于光伏发电中,经常面临的一个产业性问题和技术性问题就在于并网难度大,即便是在一些地方,其有着充足的光照度,所以建立了大型的光伏发电站,但是因为并网难度较大,所以即便是在建成之后,往往因为并网难度大而导致电能难以高效的利用。而如果采用新能源分布式光伏发电,由于其主要是在大城市中采用,基于家庭、企事业单位作为其基本服务对象,因而在目前电网的前提下,通过对其的改造就能达到并网发电的目的。
        2.有助于降本
        以往的光伏发现主要是采取集中的方式进行,所以不管是建站还是并网都需要较高的成本,这样就会对投资效益带来影响。特别是在大型集中式光伏发电站建设中,需要的资金更多。而如果是采取新能源分布式光伏发电,则能有效的降低投入成本,并建设微型的发电站时所需的成本较低,投资风险也能有效的降低,达到降本增效的目的。
        二、分布式光伏发电对配电网电压的影响
        1.不同时段的电压影响
        在不同时段的电压路径下,多重节点需通过特定负荷进行搭配。在网络架构实际运行中,电源功率应设定为 0,若引入实际因素,则需将节点负荷、等值阻抗一并考虑在内。注入功率时,若从开始到后期的节点在光伏电压构架下进行,会发生电压缩减现象,导致线路损耗增加,并使电力企业成本增加。因此,应当将电源功率数值设定为大于 0。当光伏电源接入发电体系时,其电压缩减现象处于大范围内,导致叠加后的功率被视为有功功率。这种运行方式也会带来一定的影响,不仅会导致电压增大,还会对构架中的电压造成影响,继而将其设定为负数。若光伏线路中的电压差值对外显示大于0,就会出现电压缩减现象;若对外显示小于9,电压就会不断升高。
        2.分布式接入对电压波动的影响分析
        由于分布式电源一般对公共耦合点(Points of Common Connection,PCC)的冲击最大,由此选取并网点作为研究目标,分析分布式电源并网引起电压波动的机理与原因。作分布式电源并网点的等效电路,如图1所示。
       
        图 1 DG 并网点的等效电路
        分布式电源并入配电网,会使原来无穷大电源系统送往负荷侧的功率发生改变,可用线路上的电流变化量来描述,设线路电流的变化量为:
                    (01)
        根据图 1 等效电路图可知,分布式电源功率变化引起的接入电压变化量等于系统等效阻抗上的电压变化量(实际上二者的变化趋势正好相反),可用式(02)计算:
          (02)
        式中,U 为分布式电源并网点的电压,UN 为线路的额定电压;Sk 为分布式电源并入系统的短路容量;ΔS 为分布式电源注入功率的变化量;ϕ0 为系统等效阻抗 Z0 的阻抗角;θ为分布式电源的功率因数角;通常来说低压输电线路都比较短,所以在计算时电压变化的垂直分量通常省略,将电压变化量等效为其水平分量。同时考虑到负荷供电电压大致在额定电压附近变化,分布式电源接入时并网点的电压波动 d 可表示为:
          (03)
        由上述分析可见,主要由四个方面的因素决定着分布式电源接入对系统电压波动的影响:供电系统的短路容量、分布式电源注入功率的变化、分布式电源的功率因数以及系统等效的阻抗角。
        1)配电系统的短路容量与分布式电源引起的电压波动值呈反比例关系。分布式电源大多数情况下接入的是短路容量相对较小的10.5kV 或者 380V 配电网,因此通常会在功率波动时对电压的影响较大。
        2)分布式电源注入系统的功率波动越大,引起节点的电压波动也会越大。对于大型分布式电源发电机组的投入和退出、分布式电源出力瞬间变化时,由于功率变化很快,引起电压的波动也最为明显。
        3)分布式电源的功率因数是由其自身控制策略决定的,原则上可以实现任何功率因数输出,也可以实现恒功率因数输出。
        4)系统等效阻抗是由系统结构决定的,不是分布式电源所能改变的。所以这不是讨论电压波动的重点因素。此外,系统中的各个负荷的变化也会引起节点电压一定程度上的波动。如果分布式电源运行时不能与配电系统中的负荷良好匹配,可能会使系统电压波动变得更加严重。
        3.对继电保护的影响
        目前,单电源放射状结构在我国配电网中占据主流,系统潮流方向单一(电源流向负荷),继电保护装置以速断保护形式为主,并不具备方向性。分布式光伏光伏接入电网后,电网潮流将会发生改变,从而对配电网原有的继电保护将产生一定的影响:1)分布式光伏的接入改变了配电系统的网架结构,变成了多電源。在发生故障时,如果分布式光伏接入位置不合理,可能会引起原有的保护装置发生拒动或误动现象;2)当分布式光伏并网点发生故障,且分布式光伏处于孤岛运行状态时,故障重合闸时可能会引起保护误动作,导致无法按时恢复供电,降低供电可靠性;3)通常情况下,当分布式光伏并网发电系统的功率注入电网时会缩小原有继电保护区域,干扰继电保护装置正常工作。
        三、解决对策
        1.科学合理规划
        供电公司应结合当地电网实际情况,科学绘制分布式光伏并网蓝图。以分布式光伏选址和定容、电网安全运行指标等为出发点,开展大规模分布式光伏接入的电网规划研究工作,为将来大量分布式光伏并网发电后,电网的安全运行提供有效保障。
        2.健全相关技术标准及规范
        得益于自身诸多优势和国家政策的支持,分布式光伏发展迅速,然而与之并网发电相匹配的相关技术标准及规范发展相对滞后。从分布式光伏并网发电系统安全、有序地接入大电网发电的角度出发,电力部门一方面要充分研究分布式光伏并网发电系统的基本技术参数、分析电网抗干扰的能力、掌握分布式光伏并网发电系统的控制特点、细化分布式光伏并网规模、并网电压等级等方面的技术参数,建立完备的技术标准和规范;另一方面,制定分布式光伏产品进入电网的标准,把好接入网分布式光伏设备的质量关。通过相关技术标准和规范引导分布式光伏合理并网发电,降低对电网的影响。
        结束语
        总之,现阶段分布式光伏发电对配电网电压会有一定的影响。在未来,还需进一步加强对解决电压越限等问题措施的研究,以此促进中国光伏发电技术的发展。
        参考文献:
        [1]何娣.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].西安:长安大学,2013.
        [2]匡兆平.光伏发电对电网安全稳定的影响[J].江苏科技信息,2017,35:46-47.
        [3]邹超文.简析光伏并网发电系统对电网的影响[J].低碳世界,2016,(36):15-17.
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