分布式光伏发电系统并网问题研究

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  摘要:太阳能光伏发电是较为常见的新能源,与其他新能源相比更具优势,特别是在近几年,能源危机日益紧迫,光伏产业得到了快速发展。分布式光伏发电系统是最为常见的光伏发电系统,分布式发电系统并网后,对电网的系统稳定性、电能质量和运行的经济性等方面都可能产生影响。笔者就对分布式发电系统并网的特点及对公网的影响进行了分析,提出了几点建议。
  关键词:分布式光伏发电;发电系统;影响分析
  光伏发电系统类属于分布式发电系统,分布式光伏发电系统的并网在很大程度上影响了电网的运行稳定性。与其他分布式电源相比,分布式光伏发电系统在并网接入的方式、发电系统及控制系统特性等方面都具有自身特点,在光伏发电系统并网后会对电网的各个方面造成影响,因此需要有针对性地对其电网运行控制、检测保护等方面进行优化。
  1.光伏发电系统及并网的技术特点
  1.1光伏发电系统的特点
  光伏发电技术是以光生伏打效应作为基础,在此基础上延伸得到的技术。太阳能电池两端产生电动势,光能由此转换为电能,太阳能又通过光伏组件转化为直流电力,直流检测配电箱汇集到逆变器,直流电能转换为交流电力,这就是光伏发电系统的原理[1]。
  光伏发电系统具有许多特点。系统由于受光照、温度等外界环境因素影响,光伏发电系统工作点变化较快;光伏发电系统的输出是直流电,输入侧的能源功率只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点,而不能主动地在技术范围内调控等等,这些都是光伏发电系统的主要特点。
  1.2光伏发电系统并网的特点
  光伏发电系统的并网对电网的系统稳定性、电能质量和运行的经济性都有一定的辅助作用,但是并网需要满足条件:逆变器输出之正弦波电流的频率和相位需要与电网电压的频率和相位达到统一。就当前的光伏发电系统来看,主要有两种形式的并网方式:集中式并网和分散式并网。
  集中式并网是将发出的电能都直接输送到大电网中,然后大电网统一调配输送给用户,光伏发电的集中式并网与大电网间的电力交换是单向的,因此比较适合离负荷点比较远的大型光伏电站[3]。分散式并网则是将发出的电能直接分配到用电负载上,多余的或者不足的电力则是通过联接大电网来调节。分散式并网与大电网间的电力交换是双向的,因此比较适合于小规模的光伏发电系统。
  2.分布式光伏发电系统接入对公网的影响
  2.1对电网规划的影响
  分布式光伏发电系统并网后会改变负荷增长模式,这样就会对所在区域的负荷预测造成一定的难度,而电网的规划设计又是建立在负荷预测的基础上,因此分布式光伏发电系统的并网接入势必会对电网的规划设计产生一定的不良影响[1]。
  2.2对继电保护的影响
  就我国当前的电网结构来看,多数配电网都属于单电站放射状结构,采用的是限时速断的保护形式,没有方向性。事实上,限时速断的保护形式能够有效地保护电网的全部线路,但是分布式光伏发电系统并网接入后,注入功率就会缩小继电保护的范围,电网的运行也就不能得到完全保护,甚至在并联分支出现故障时,还会引起安装分布式光伏的继电保护误动作。
  2.3对电能质量的影响
  太阳能发电存在许多的不确定性,这对采用光伏发电系统的电网来说,短期负荷的预测的准确性会大大降低,无形中增加断面交换功率的控制难度以及电网运行的不稳定因素[2]。分布式光伏发电系统并网后,大电网中的电源点增加了许多,由于电源点比较分散,规模又比较小,这在很大程度上加大了电源协调控制的困难,对电网的电压稳定和频率安全等方面都造成了一定的影响。分布式光伏发电系统的开停机以及发电站补偿电容器投切都会对电网的电压造成一定的影响,进而影响电能质量。在分布式光伏发电系统并网接入后,电网的电压波动与闪变次数增加,常规电源对电网的调控能力也会相应减弱,这对于电网的安全稳定运行控制是极为不利的。
  2.4孤岛效应
  电网在出现电气故障或者受自然因素影响而中断供电时,并网的光伏发电系统仍然会向周围的负载供电,由此形成了无法人为控制的自给供电孤岛,我们称此现象为“孤岛效应” [2]。孤岛效应会对电网的运行造成许多的危害,首先是对电网维修人员的安全危害,其次是在一些特殊情况下断开供电时会损坏用电设备,这样即便电网恢复供电后也会因为相位不同步而产生强大的电流冲击。
  3.提高分布式光伏发电系统性能的措施
  3.1将分布式光伏发电并网的技术标准规范化
  分布式光伏发电并网需要建立在规范的技术标准上,因此相关的技术研究人员就需要预先对分布式光伏并网发电系统的技术参数和控制特性有一个具体的了解,在明确电网的实际承受能力后再进行并网设计,这样才能将分布式光伏发电并网的技术标准规范化,从而引导分布式光伏发电系统有序地并入电网中,从而保证分布式光伏发电系统并网不会对电网的安全稳定运行造成影响[3]。
  3.2改进电网的监测控制软件
  配电网本是一个无源的放射形电网,无论是信息的采集还是能源的调度都比较简单,但是分布式光伏发电系统的并网却对配电网的监测控制造成了一定影响,使原本简单的工作复杂化[1]。分布式光伏发电系统并网后,电网运行所需要监视的信息类型和范围也会随之增加,需要协调控制的对象也不断增多,特别是并网使得系统与配电网间的电能交换由单向改为双向,这对电网的监测控制软件提出了更高的要求,因此技术人员需要对电网的监测控制软件进行改进,使其能够更加的满足分布式光伏发电系统并网的要求。
  3.3加强孤岛检测及紧急控制
  电网在出现电气故障或者受自然因素影响而中断供电时,并网的光伏发电系统仍然会向周围的负载供电,形成独立运行的供电孤岛,对电网的稳定运行造成极大的影响。为了保证电网的用电安全和用电质量,检测人员需要在电网运行过程中及时发现孤岛,从而对孤岛采取相应的调控措施,尽可能的将孤岛对电网运行造成的损失降到最低。
  技术人员需要加强孤岛检测及紧急控制,确保孤岛运行和联网运行之间能够实现无缝切换,这样电网即使在分布式光伏发电系统并网后,仍能对出现的故障及时采取相应的措施解决,从而及时智能地恢复供电,确保电网的稳定运行。
  3.4加强电网分析与运行控制技术
  分布式光伏发电系统的并网离不开技术人员对电网的分析与运行控制,因此技术人员需要建立恰当的模型对电力系统进行分析,从而获取有效数据,分析出在分布式光伏发电系统并网后电网运行过程中的不确定性因素[2]。技术人员需要深入研究电网分析与运行控制技术,对光伏发电并网所带来的电压、频率等问题有一个整体的掌控,从而针对这些易出现的问题进行分析,制定出切实可行的电网运行计划,为电网的稳定运行提供保障。
  4.结语
  光伏发电系统的快速发展是以节能与环保作为目的的,随着近几年光伏发电技术的日益成熟,分布式光伏发电系统也逐渐采取并网的方式,由此产生了许多对电网稳定运行不利的因素。因此,电网的技术人员需要积极主动探寻解决分布式光伏发电系统并网的方法,使系统并网后仍能保证电网的规范安全运行,实现电网与光伏发电等分布式可再生能源发电的协调发展。
  參考文献
  [1] 方廷,韩郁,张岚.一种多逆变器太阳能光伏并网发电系统的组群控制方法[J]. 电网与清洁能源. 2009(07):23-26.
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  [3] 艾欣,韩晓男,孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J]. 现代电力. 2013(01):31-36.
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