农村地区分布式光伏接入对配电网的影响分析-国网襄阳经研所张鹏超

农村地区分布式光伏接入对配电网的影响分析张鹏超（湖北省襄阳供电公司经济技术研究所 湖北 襄阳 441000 ）1 前言近年来， 随着国家相关产业政策的调整，国内光伏产业得到迅速发展， 农村地区分布式光伏电站也逐步成为光伏产业中发展最迅速的部分。 农村地区配电网建设较为薄弱，包括村级扶贫电站在内的分布式光伏电源越来越多的接入到配电网， 对传统的配电网提出了新的挑战。 本文主要从对线路上潮流的影响、 对电压的影响、 对负荷特性的影响、对系统保护的影响、 对配电网可靠性的影响等五个方面分析分布式光伏接入配电网后对配电网稳态运行造成的影响， 利于分布式光伏系统与传统电力系统的协调运行。2 分布式光伏对潮流分布的影响分布式光伏接入前， 传统配电网的潮流方向是一定的， 即从配电变压器低压侧到电力用户。 分布式光伏发电接入电网后， 由于光伏发电安装位置及功率大小的不同， 将会引起配电网潮流分布的变化。 当分布式光伏发电功率大于该条线路的最大负荷时， 潮流将会通过变压器进入上一个电压等级， 从而改变整条线路的功率流向。配电网系统潮流的变化， 对线路负载率也带来相应影响。 接入前，传统配电网线路潮流单向流动，线路型号根据负载率决定，各段负载率均应维持在稳定范围之内。 接入后， 当分布式光伏接入容量小于接入点下游负荷时， 线路潮流方向不改变，但接入点前端线路的负载率会下降； 分布式光伏接入容量大于接入点下游负荷时， 将出现双向潮流，随着分布式光伏容量的持续增加， 将出现方向潮流大于原有潮流情况， 引起线路负载率增大。同时，随着光伏接入容量的增加， 将会抬升线路节点电压，降低网络损耗，并且在接入线路主干末端时效果尤为明显。 接入容量增加到一定值， 可能出现电压越限， 线路网损呈现先下降后上升的趋势， 出现功率倒送，线路网络损耗也逐步增加。研究表明，与单点接入相比， 分散多点接入方式的网络损耗明显减小，而且越靠近线路末端， 降损效果越明显， 因为此时， 电能得到了就地消纳。3 分布式光伏对电压分布的影响目前， 农村偏远地区配电网建设较为薄弱，电网结构大多是单辐射、单联络，村级扶贫电站及农村居民利用屋顶或者房前屋后建设的电站就近接入公变台区低压侧。 分布式光伏接入后， 对配电网馈线上的电压分布产生重大影响， 具体影响与光伏电源的容量大小、 接入位置有很大的关系， 从电压支撑点接入光伏电站对系统电压影响效果最为明显。 同样渗透率的分布式电源集中在同一节点， 对电压的支持效果要弱于分布在多个节点上。沿馈线的各负荷节点处的电压被抬高，可能导致一些负荷节点的电压偏移超标。需合理设置光伏电站的运行方式。 研究表明，高渗透率的并网光伏电站注入的逆流可能会导致线路电压越过上限的情况， 特别是在午间轻载的情况下。 为了提高光伏电站的渗透率，可以考虑假设光伏电站专线接入 （扩大线路容量） 、光伏电站参与调压、人工调节变压器分接头以及用户侧参与， 增设储能装置也是提高光伏电站渗透率的一种方法。此外， 光伏电站的出力随入射的阳光辐射度而变， 可能会导致有载调压变压器接头的常动作， 降低有载调压变压器的使用寿命，光伏电站的运行必须和调压方式相配合。4 分布式光伏对负荷特性的影响研究光伏接入对负荷特性的影响， 首先要引入关于光伏渗透率的概念。 本文所涉及的光伏渗透率（ CP）是指分布式光伏电站装机容量与区域最大负荷的比值。目前农村配电网以无源放射网络为主，分布式光伏并网后， 首先系统净负荷标幺值不应小于零， 出现负荷倒送情况， 其次作为常规能源的补充与完善， 理想状态为分布式光伏并网后最大程度平抑系统负荷峰值， 在分布式光伏正常出力时净负荷标幺值处于一个相对稳定状态， 不易出现净负荷逆向波动。图 1 不同光伏渗透率下日净负荷变化示意图集中于午间时段的光伏出力可以有效降低系统日峰荷的大小， 渗透率为 21时标准差最小， 系统的日峰荷已经转移至晚高峰时段（ 21 00 左右） ，光伏电源容量的增长不再能降低系统峰荷。 当系统中光伏容量继续增加（渗透率大于 28） ，日间负荷开始下降，系统负荷出现逆向波动，当接入光伏的容量渗透率达到 63时， 午间时段就成为日净负荷达到谷底，日间的净负荷为零。当光伏渗透率超过 64时， 系统的净负荷在正午时段降至零值以下， 即光伏发电大于配电网中的负荷， 进一步向上级电网供电， 光伏渗透率超过 77时， 系统净负荷在光伏电站有出力时（上午 7 时）即出现负值，负荷全面倒送。随着光伏容量渗透率的增加， 光伏发电对系统净负荷的影响逐渐增强。 由于光伏发电的随机性和波动性， 大量光伏电源并网不仅会增加净负荷的波动范围， 还会降低负荷预测的准确性， 使净负荷的波动具有较大的不确定性。5 分布式光伏对配电网系统保护的影响接入许多小容量分布式光伏电源或接入一些容量较大的分布式光伏电源的配电网，在故障发生时，故障电流大小、方向以及持续时间将有所改变， 分布式光伏电源本身的故障行为也会对系统的运行和保护产生影响。单个光伏所贡献的短路电流并不大， 然而许多小型光伏的综合贡献或大型光伏可能会改变短路电流水平，导致过电流保护（熔丝） 配合失误， 妨碍熔断器运行及故障检测， 必须提高其断路器容量和升级保护装置。6 分布式光伏配电网可靠性的影响分布式光伏接入配电网一方面可以提高配电网可靠性。一是可以作为后备电源。含储能系统的分布式光伏发电， 可以作为后备电源， 在线路发生故障时启动， 为停电用户供电， 尤其是对于关键的负荷， 分布式光伏发电作为紧急后备电源与电池、 换流器联合保证其不间断供电。 虽然分布式光伏对于故障发生频率没有影响， 即年平均断电次数不变， 但是断电时间却因为分布式光伏的后备作用而大大减少， 即年平均断电时间减少，从而提高了供电可靠性。二是具有削峰作用 。在白天用电高峰和电价高峰期间，分布式光伏发电减少了用户用电费用的同时减轻线路负荷，提高了系统的可靠性。分布式光伏接入配电网另一方面降低了配电网可靠性水平。分布式光伏并网后，配电网供电可靠性的评估需要考虑新出现的影响因素， 如孤岛出现和分布式光伏输出功率的随机性。 一是可能出现继电保护误动作。 分布式光伏与配电网的继电保护配合不好可能使继电保护误动作， 降低系统的可靠性， 不适当的安装地点、 容量和连接方式也会降低配电网可靠性。 另外， 由于系统维护或故障所引起的断路器跳闸等形成的无意识的孤岛，不仅会危害人员安全， 还会降低配电网的供电可靠性。 二是可能导致线路过载。 当配电网的网架结构合理时， 变压器和线路的容量裕度比较大， 不容易出现过 载，负荷的供电可靠性已经较高， 因而分布式光伏的接入对配电网的可靠性不 会产生较明显影响。 在极端运行方式下， 变压器和线路负载率比正常运行方式下高， 容易出现过载，负荷的供电线路长而且复杂， 可靠性会比正常运行方式低。7 结论本文主要介绍了农村地区分布式光伏接入对配电网的潮流分布、电压分布、负荷特性等五个方面带来的影响， 其影响程度与分布式光伏电站的装机容量、 位置、 功率因数等有密切关系。 随着分布式光伏电站在农村地区大范围推广，传统的配电网设计、规划、 营运和控制都要升级换代来适应分布式-0.6-0.4-0.200.20.40.60.80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23负荷 CP0.05 CP0.2 CP0.35 CP0.5 CP0.65 CP0.8 CP0.95