分布式光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響及解決措施分析

引言

我國針對現(xiàn)階段經(jīng)濟發(fā)展與能源緊張之間的矛盾問題,提出了節(jié)能減排的口號,以此減少對不可再生能源的依賴,使用可再生的新能源進行生產(chǎn)運行與活動。我國的供電局勢一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài),因此國家電網(wǎng)、供電單位提出了多方面的改進措施,例如西電東輸、峰谷供電等,但是這僅能緩解部分供電危機,而采用目前應(yīng)用效果極佳的分布式光伏發(fā)電技術(shù),可以保證滿足區(qū)域內(nèi)所有用電群體的用電需求,確保人們可以順利開展各項活動。

1分布式光伏電源概述

使用可再生的太陽能進行電能轉(zhuǎn)化時,可以使用太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,這種獲取電能的裝置即光伏電源,其依托太陽的光生伏特效應(yīng),將太陽發(fā)出的熱量,在電池板等裝置的作用下,生產(chǎn)出電能,這種電能可以作為有效的電源供應(yīng)給所需的人使用。光伏電源的裝置結(jié)構(gòu)主要包括三部分,即控制器、太陽能電池板、逆變器,在共同作用下進行電能的發(fā)電與儲存。這種電源的電壓等級較低,在生產(chǎn)使用的過程中,不會對環(huán)境造成破壞,使用靈活,尤其是對于一些偏遠山區(qū)的居民而言,使用太陽能供電的效果好于電網(wǎng)供電,其應(yīng)用優(yōu)勢非常明顯。

在使用區(qū)域發(fā)電后,該電源可以獨立使用,或者可以連接周邊的配電網(wǎng)共同配電,如圖1所示。其有著較強的地區(qū)適應(yīng)性,儲備的電能基本可以供應(yīng)本地區(qū)人們的用電所需。但是在進行電能轉(zhuǎn)化時,太陽能受氣候等因素干擾,容易出現(xiàn)輸出功率異常等情況,并網(wǎng)運行可能會對配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,使得電網(wǎng)的負荷調(diào)控?zé)o法順利進行?，F(xiàn)階段,國家電網(wǎng)公司對于分布式光伏并網(wǎng)工作提出了規(guī)范性要求,使得光伏電源需要按照要求進行并網(wǎng)輸電,減少并網(wǎng)后的不利影響。要求指出,首先,并網(wǎng)后光伏電源可以為電網(wǎng)輸送電力資源,且能夠促使電網(wǎng)穩(wěn)定運行。其次,接入的光伏電源數(shù)量需要控制,多個電源的總體影響較大,且接入的總?cè)萘啃杩刂?不可超過上級變壓器有效負荷量的2/4。最后,該電源的短路和額定電流的比值需要在20kV以上:根據(jù)電網(wǎng)條件、裝機容量,確定并網(wǎng)電壓等級,一般光伏電源的電壓值處于8kV以下,或者低于8kV時,配電網(wǎng)的電壓值即為220kV等。如果接入的低電壓、高電壓均符合并網(wǎng)標(biāo)準,則可以先進行低電壓的并網(wǎng)。因此,供電單位在本地區(qū)的供電中,根據(jù)該項標(biāo)準對并網(wǎng)工作進行檢查監(jiān)督,找出影響電網(wǎng)穩(wěn)定性的因素,及時采取有效的手段進行規(guī)避處理,確保分布式光伏并網(wǎng)工作的安全可靠性。

2分布式光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響分析

2.1電網(wǎng)運行控制不佳

對于太陽能資源的有效利用,可以采用光伏并網(wǎng)來實現(xiàn),但是大規(guī)模應(yīng)用后,一旦供電環(huán)境較為惡劣,供電單位的工作人員無法對變化的并網(wǎng)功率進行監(jiān)控把握,以及對于電能的負荷增長也無法做出準確判斷,電力調(diào)度工作面臨較多困難。太陽能發(fā)電受到較多不穩(wěn)定因素的干擾,在發(fā)生嚴重的問題后,工作人員需要使用傳統(tǒng)的手段進行發(fā)電,重新制定供電計劃,這將無法保證人們的生活用電。如果并網(wǎng)后,配電網(wǎng)接入的分布式光伏電源較多,電網(wǎng)的調(diào)峰壓力、調(diào)頻將會受到明顯影響,存在非常嚴重的峰谷差異。此外,在公共電網(wǎng)中,接入該種電源,使得電源點的數(shù)量、分布區(qū)域變多、變廣,在電力系統(tǒng)無法對所有電源點控制的情況下,需要進行科學(xué)合理的供電調(diào)控,加強電網(wǎng)的運行效率。但處理不當(dāng)易使得電力系統(tǒng)的多個供電設(shè)備、電壓值、電網(wǎng)調(diào)峰出現(xiàn)問題,控制效果不佳,最終造成配電網(wǎng)運行安全事故。

2.2電能質(zhì)量受損

并網(wǎng)運行后,需要在高頻調(diào)制下,開始逆變器的運行工作,但是這種運行方式易產(chǎn)生諧波,使得電能輸出的質(zhì)量受損,且諧波在放大之后,輸出功率也會發(fā)生相應(yīng)變化,導(dǎo)致整個電網(wǎng)的電壓不穩(wěn)。同時,以往常規(guī)的配電網(wǎng)電能供應(yīng)模式為單一式供應(yīng),但是在接入光伏電源后,由于各個接入點的電壓不同,需要對接入電源后獲得的電能進行集中式管理,以此統(tǒng)一進行電能的分配,這使得配電網(wǎng)工作涉及的環(huán)節(jié)較多,電能質(zhì)量在諧波、電壓閃變等因素的影響下出現(xiàn)質(zhì)量問題。

2.3孤島效應(yīng)

該問題多發(fā)生在分布式光伏電源與公共電網(wǎng)并網(wǎng)之后,在電網(wǎng)供電中,一旦其中的公共電網(wǎng)存在故障斷電問題,無法正常給用戶供電后,由于不能及時、快速地查找故障原因,而光伏電源的供電工作還在繼續(xù)進行,使得諸多處于孤島地區(qū)的用戶無法有效用電,造成了孤島效應(yīng)。此時設(shè)備故障檢修人員直接對設(shè)備進行檢查維修,很容易引發(fā)安全事故。此外,在孤島效應(yīng)下,主電網(wǎng)與該電網(wǎng)由于操作不同步,會出現(xiàn)嚴重的過電壓問題。

3分布式光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)影響的改進措施

3.1電網(wǎng)運行控制不佳的改善方法

針對并網(wǎng)之后的電網(wǎng)控制效果不良問題,供電單位可以使用光伏發(fā)電功率預(yù)測技術(shù)等手段,對光伏電源接入后的自身功率變化情況以及并網(wǎng)后的電源控制進行監(jiān)控,使得光伏電源以及其他的電源均可以在自動化控制下,實現(xiàn)動態(tài)化的監(jiān)督管理以及供電的協(xié)調(diào)配置。首先可以在光伏電源接入后,對于電源周圍的太陽能光照強度、云層的厚度等數(shù)據(jù)進行準確調(diào)查,然后利用技術(shù)構(gòu)建光伏發(fā)電功率預(yù)測模型,根據(jù)氣候的變化情況,預(yù)測同一類、不同季節(jié)太陽能發(fā)電時的功率數(shù)據(jù),找出其中的規(guī)律,為并網(wǎng)后電網(wǎng)有效運行的控制工作提供依據(jù)。其次,結(jié)合供電區(qū)域的光照情況,調(diào)整光伏電源的設(shè)置區(qū)域,以此提高光伏電源的穩(wěn)定性。例如可以在照射強度高的區(qū)域,多進行光伏電源裝置的設(shè)置等。最后,可以在發(fā)電時多進行儲能裝置的設(shè)置,在電源供應(yīng)中,可能出現(xiàn)供電功率不穩(wěn)定情況,需要使用儲備好的電能以實現(xiàn)有效供給,提高電網(wǎng)的運行效率。

3.2電能質(zhì)量受損的改善方法

供電單位可以在并網(wǎng)之前,對于光伏電源以及各個接入點的電能質(zhì)量進行綜合性管理,應(yīng)用在線監(jiān)測手段對電能的質(zhì)量進行檢查,如果發(fā)現(xiàn)電壓波動,或者大量諧波干擾,可快速采取措施,加強對電能質(zhì)量的維護。

3.3孤島效應(yīng)的改善方法

對于該問題可以通過檢修手段進行檢測,如圖2所示,以此有針對性地進行故障處理。目前較常用的檢測手段有被動式檢測法。當(dāng)電網(wǎng)斷電后,使用該手段可以對逆變器的工作參數(shù)進行調(diào)查,如果檢出的輸出功率以及負載功率之間存在較大的差異,就表明存在孤島效應(yīng),當(dāng)上述兩個功率的值相差不大時,該法檢出的效果不理想。同時,還可以使用主動式檢測法。該法在檢查時,需要對逆變器主動進行參數(shù)調(diào)整,以此來對電網(wǎng)的運行進行干擾。如果這些干擾參數(shù)無法被檢測到,表明電網(wǎng)不存在孤島效應(yīng),有故障問題發(fā)生時,逆變器的異常參數(shù)會遠遠超出標(biāo)準值以及調(diào)節(jié)的數(shù)值,以便可以檢測出該種效應(yīng)情況。使用主動式檢驗手段后,檢測人員可以獲得精度值較高的參數(shù),但是存在控制難度大等問題。此外,還有故障信號檢測法。供電設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)會在故障發(fā)生后,及時發(fā)出光伏電源的異常信號,工作人員可迅速對并網(wǎng)活動進行調(diào)整或切斷。目前,被動檢測和主動檢測兩種方法聯(lián)合使用對于檢測孤島效應(yīng)的效果較好。

4結(jié)語

面對當(dāng)前社會中存在的供電問題,需要在全國各地區(qū)進行分布式光伏電源的應(yīng)用推廣工作,但是其在與配電網(wǎng)進行并網(wǎng)供電的過程中,供電單位需要對常見的問題多進行研究,以便能夠在應(yīng)用之前,通過合理的施工與調(diào)節(jié),減少問題的發(fā)生率,并且便于配電網(wǎng)檢修人員在供電期間發(fā)生故障問題時,能夠準確找到問題的原因與解決方法,不斷提高配網(wǎng)供電的效率和質(zhì)量。