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摘要：由于自身特点及其出力会随环境因素变化，分布式光伏发电接入后容易造成电网的电能质量越限。将在分布式光伏发电接入配电网的规划阶段考虑电能质量问题，提出一种考虑电能质量问题的分布式光伏发电的规划方法。在确定基于最大接入容量的光伏电源优化配置的接入方案后，取接入点的电流总谐波畸变率、电压偏差和电压波动作为表征配电网电能质量的特征量，用数据包络分析的方法评估接入点的电能质量，对不符合电能质量标准的接入点给出修正方案。最后得到一种电能质量水平达标的分布式光伏发电的规划方案，并在算例中结果验证了所提方法的有效性。
关键词：分布式；光伏发电；电气设计
1.分布式发电对配电网的影响
1.1对配电网继电保护的影响
目前我国配电网一般为单电源、放射性配电网络。而分布式光伏发电并网改变了配电网传统的网络拓扑结构，对保护的灵敏性和选择性均产生了影响。（1）对三段式过流保护的影响。光伏发电电源在配电网发生故障时会同时产生故障电流，会影响保护对故障电流的判断。其产生的影响与其分布的位置、容量以及串联的电抗值有关。影响线路保护动作的灵敏性，有可能会造成保护误动或者拒动，还可能导致邻近线路的瞬时速断保护失去选择性而误动作。（2）对高压熔断器保护的影响。配电网因分布式光伏电源的接入变成多端电源供电系统，熔断器保护不再满足故障后仅仅断开故障支路，无法满足选择性。（3）对距离保护的影响。距离保护具有方向性，是一些重要线路常用的保护。当分布式光伏发电并入后，对于距离保护而言，其上游多了一个分支，使其距离保护的二、三段范围缩小。（4）孤岛运行问题。如图1所示，分布式光伏发电系统通过断路器QF2并入配网，当配电网发生故障保护动作时断开断路器QF1，但对应的分布式光伏发电系统断路器QF2未能及时作出反应而快速断开，造成未能及时和系统隔离，从而形成了孤岛，不利于电网的安全运行。如仍可向部分线路供电，从而造成人身安全问题；若孤岛不具备调节功能，则会导致频率和电压失去参考而波动，损害用电设备；当在消除故障恢复供电时，孤岛作为有源系统并网，存在非同期合闸的可能，会导致合闸失败。
图1 孤岛效应原理图
1.2对配电网电能质量的影响
分布式光伏发电并网，其注入功率改变了稳态的电压水平，带来了电压、电流的波形畸变。对配电网电能质量的影响主要体现在以下几方面：（1）谐波畸变：分布式光伏发电采用电力电子换流器，对配电网不可避免地引入了谐波电流，同时导致系统的电压畸变。其影响程度取决于电力电子换流器的配置和技术。而分布式光伏发电中的电抗和配电网的电容很容易引起谐振，放大谐波畸变。（2）电压波动和闪变：分布式光伏发电受限于太阳辐射、客观环境温度等，其输出的功率受到天气条件的影响，具有一定的波动性。功率的变化容易引起电力系统的电压波动，从而导致闪变。（3）改变潮流方向：配电网的电压分布也受到了分布式光伏发电的接入位置和容量的影响。当其容量越大，输入功率越高，在其接入的馈线的节点电压上升越高，容易导致潮流倒向，在其接入点造成配电系统的电压极大值。
1.3对配电网网络损耗的影响
分布式光伏发电的并网会对配网损耗造成一定影响，并取决于其接入的位置和容量。其接入配电网任意位置都会增加线路损耗，并且越靠近线路末端，损耗越大。当分布式光伏发电的并网容量较大达到一定的负荷时，会向配电网倒送功率，导致系统网络损耗加大。
2光伏发电系统设计方案
本项目利用保定某国家粮食储备库屋顶进行组件排布安装，安装容量4MWp，组件布置在24个屋顶。屋顶平整局部遮挡较少，需配置多路MPPT逆变器，因此建议采用组串式解决方案。
2.1总平面布置
工程光伏组件布置的原则为：必须保证在太阳高度角最低的冬至日时，所有组件仍有6h以上的日照时间。根据每栋厂房屋面的实际情况，避开屋顶气楼、采光带、管道、女儿墙、屋顶构筑物和屋顶设备等及其阴影遮挡，优化布置设计，合理布置运行维护检修通道及组件清洗通道。
2.2太阳能电池阵列设计方案
2.2.1太阳能光伏组件选型
单晶硅太阳能光伏组件具有电池转换效率高，商业化电池的转换效率在18%～20%，其稳定性好，同等容量太阳能电池组件所占面积小，但成本较高。多晶硅太阳能光伏组件生产效率高，转换效率略低于单晶硅，商业化电池的转换效率在16%～18%，在寿命期内有一定的效率衰减，但成本较低。两种组件使用寿命均能达到25年，其功率衰减均小于20%。根据性价比，本方案拟采用270W多晶硅太阳能光伏组件。
2.2.2太阳能光伏组件串联并联方案
光伏电站装机容量为4MWp（实际装机容量4568.4kWp），总计安装16920块270Wp多晶硅组件。电站采用组串式逆变器解决方案，采用50kW组串式逆变器，光伏子系统逆变器把光伏直流电逆变成低压三相交流电后，经箱变就地升压至10kV。每个光伏并网发电单元的电池组件采用串并联的方式组成太阳能电池阵列，太阳能电池阵列输入并网逆变器，然后经汇流箱与交流防雷配电柜并入变压配电装置，最终实现将整个光伏并网系统接入交流电网进行并网发电方案。
2.3支架
此分布式光伏项目屋面主要为预应力板结构和钢结构彩钢瓦屋面。对于预应力板结构屋面和钢结构彩钢瓦屋面，都适合采用贴合屋面的安装方式。支架设计寿命不低于25年，整体抗风等级达到10级。电池阵列保证全年没有阵列间的遮挡情况。
2.4无功补偿装置
为了控制光伏电站与接入电网无功功率实现零交换的目标，需要在光伏电站内配置无功补偿装置，其容量及配置型式根据电站并网运行后6个月内提供的现场运行实测结果确定。由于光伏逆变器功率因数达0.99，且具有超前0.95～滞后0.95的功率因数调节能力，电能质量满足国家电网要求。但光伏发电站内的各类变压器和高压电缆将消耗无功，逆变器本身也产生一些谐波，为了减小光伏发电站电压波动和输送电能的损耗，满足国家电网并网电能质量的要求，工程拟在两段10kV母线上各设置一组1Mvar容量的动态无功补偿装置，该无功补偿装置能够实现动态的连续调节以控制并网点电压，并满足电网电压波动要求，同时具有滤波功能，以满足电网对供电质量的要求。
3结语
分布式光伏发电并入配电网后，有利于再生能源的提高利用，对电网的安全经济运行有着积极的影响，应大力推广使用。但同时对配电网的继电保护、电能质量及网络损耗带来了不可忽视的影响。本文简要分析了上述问题，并提出了解决的参考措施，对工程实践中具有一定的指导作用。
参考文献：
[1]杨秋霞，刘大鹏，王海臣，等.光伏并网发电与电能质量调节统一控制系统[J].电力系统保护与控制，2015，43（5）：69-74.
[2]张剑，孙元章．含有分布式电源的广义负荷建模[J].电网技术，２０１１，３５（８）：４１－４６．
论文作者:徐祖华
论文发表刊物:《基层建设》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/1
标签：光伏论文; 分布式论文; 电能论文; 电压论文; 配电网论文; 组件论文; 逆变器论文; 《基层建设》2017年第33期论文;