淺析整縣屋頂分布式光伏開發對電網的影響摘要：本文主要對整縣屋頂分布式光伏的開發影響電網運行情況進行研究，以相應提出合理可行的解決措施及工作建議。全文分析了分布式光伏發電特性及其對電網運行、繼電保護、配網網架、電能質量等方面的影響。關鍵詞：分布式光伏，發電特性1研究背景實現碳中和的關鍵，關鍵在于使占85%碳排放的化石能源實現向清潔能源的轉變。電力領域，碳排放占全國碳排放總量30%以上，基于中國多煤、貧油、少氣的能源稟賦，電力供給目前的發電結構以火電燃燒煤炭為主，發電量占比高達72%。預計火電在2020到2030年達峰階段以前仍有一定規模的增長，但在達峰之后，將逐年退出電力市場，直至2060年碳中和時存量火電裝機清零。由于水電和核電發展空間有限，光伏與風電將成為未來最重要的發電方式。根據國家能源局《關于報送整縣（市）推進戶用和屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，結合某地區的可開發光伏的屋頂資源和電力消納能力等情況，通過分析分布式光伏發電特性，研究其對某地區電網運行、繼電保護、配網網架、電能質量的影響，提出相應的解決措施及工作建議。2分布式光伏發電特性研究光伏發電(photovoltaic，PV)的功率具有明顯的隨機性及波動性。根據相關文獻資料，光照強度對光伏輸出特性影響較大，光伏出力特性與光照強度直接相關，不同季節、地區的光照強度差異很大，因而光伏的出力表現出明顯的季節周期性和地區相關性。光伏出力和太陽輻照度有很強的正相關性，而不同天氣類型下的輻照度差異大，所呈現的波動規律也不相同，其中在夏天雷雨或多云等天氣，太陽輻照度波動一般較大，從而導致光伏出力波動明顯，表現出很強的隨機特性，給配電網電壓質量、運行調控等帶來不利的影響。以某光伏電站為例，晴朗天氣光伏電站出力形狀類似正弦半波，非常光滑，出力時間集中在6點到19點之間，中午達到最大；多云、陰雨天天氣由于受到云層遮擋,輻照度數據變化大,導致光伏電站出力短時間波動大,總體出力水平也不如晴天。當太陽光強迅速變化時,輸出功率也會在較大的范圍內快速波動，小時級出力波動達到裝機容量50%。因此，從日出力特性來看，光伏發電出力呈現較強的波動性、顯著的時段性。光伏出力隨光照強度、天氣、季節、溫度等自然因素而變化，具有隨機波動性；光伏出力多集中在白天，尤其是午間時段，而夜晚出力為零，呈現顯著的時段性，無法持續穩定地供給電力。圖5-2某光伏電站日出力曲線（2021年9月13日晴天）圖5-3某光伏電站日出力曲線（2021年7月22日多云~晴天）圖5-4某光伏電站日出力曲線（2021年1月1日晴天）圖5-5某光伏電站日出力曲線（2021年7月7日多云）圖5-6某光伏電站日出力曲線（2021年7月6日陰~小雨）圖5-7某光伏電站日出力曲線（2021年7月2日陰天）結合日出力特性，從月度、年度出力特性來看，南方的光伏電站出力呈現明顯的季節特性，夏、秋季發電較多；全年大部分時段出力小于其裝機容量的50%。受光照強度和溫度的影響，光伏發電在夏季、秋季發電較多，春季、冬季出力較小，同時由于冬季日照時間較短，冬季出力約為夏季出力的6成，年最大出力利用小時數約1100小時。3某地區電網負荷特性研究對于以普通工業和居民用電負荷為主的電網來說，光伏發電出力和日間負荷匹配度較高，具有正調峰特性，但由于晚上難以發電，難以有效匹配晚高峰。從日出力特性匹配來看，光伏發電出力高峰主要在中午期間，能夠和居民負荷的日間高峰匹配，具有正調峰特性，但是由于居民負荷的全日峰值負荷通常在晚上，此時光伏發電無法發電，難以起到降低容量需求的作用。從某地區電網來看，光伏發電出力最高月份是夏季7-9月，和夏季負荷高峰在月度上是匹配的，并且基本能夠和居民負荷的日間高峰（13-14時）匹配。但由于某地區大工業用電負荷占比較大，高峰負荷主要出現在0點至8點（谷期電價較低），而這個時間段光伏出力幾乎為0，負荷曲線與光伏出力曲線不匹配，因此無法起到降低某地區電網峰值出力的作用。圖5-15某地區電網日負荷曲線（2021年9月13日~15日）4分布式光伏開發對電網的影響4.1對線路潮流的影響未接入光伏并網發電系統的時候,電網支路潮流一般是單向流動的,并且對于配電網來說隨著距變電站的距離增加有功潮流單調減少。然而,當光伏電源接入電網后,從根本上改變了系統潮流的模式且潮流變得無法預測。這種潮流的改變使得電壓調整很難維持,甚至導致配電網的電壓調整設備出現異常響。4.2對系統保護的影響當光照良好,光伏并網電站輸出功率較大時,短路電流將會增大,可能會導致過流保護配合失誤,而且過大的短路電流還會影響熔斷器的正常工作。此外,對于配電網來說未接入光伏發電系統之前支路潮流一般是單向的,其保護不具有方向性,而接入光伏發電系統以后該配電網變成了多源網絡,網絡潮流的流向具有不確定性。因此,必須要求增設具有方向性的保護裝置。4.3對電網經濟性運行的影響由于光伏電源的自身輸出不穩定性,當光伏發電系統并網運行后,系統必須增加相應容量的旋轉備用,以保證系統的調峰、調頻能力,也就是說,光伏并網發電系統向電網供電,降低了機組利用小時數,犧牲了電網的經濟性運行。4.4對電能質量的影響受云層遮擋的影響,光伏電源的發出功率可能在短時間內從100%降到30%以下,或由30%以下增至100%,對于大型光伏并網系統來說,會引起電壓的波動與閃變或頻率波動。此外,由于光伏發電系統所發出的電能為直流電,必須經過逆變裝置接入電網,這一過程必將產生諧波,對電網造成影響。4.5對配網可靠性的影響配網中的故障大多為瞬時性故障，所以為了提高供電可靠性，縮短故障恢復時間，保護裝置大多配有自動重合鬧功能。當分布式光伏接入配網后，配網由單電源供電變為雙側電源供電，勢必會對原有的自動重合鬧造成影響，需要考慮故障點兩側保護的時間配合問題和檢同期問題。配網故障時，故障點兩側保護的動作間隔太長，短路點的去游離時間不足，電弧沒有完全熄滅，或者沒有將故障線路有效隔離，仍向故障點提供短路電流，重合閘時都會對系統造成更大的沖擊，不僅重合鬧失敗，更重要的是會損壞斷路器等設備，造成故障范圍的擴大。配網故障后，故障線路被有效隔離，分布式光伏和負荷將形成一個孤島系統，與大電網不再保持同步。若僅以檢無壓重合，且大電網與孤島系統的相角差較大，重合時產生的沖擊電流會使斷路器再次跳開，重合鬧失敗，所以此時的重合閘必須考慮同步問題，避免非同期重合間。5應對措施及工作建議5.1推進光伏能源儲能技術的應用能源存儲將成為未來光伏系統一個越來越重要的功能。光伏并網儲能逆變器可應用于集中式和分布式光伏發電站。儲能電站的功能,可以克服光伏組件受天氣變化發電不穩定的缺點,為電網提供穩定的和諧波含量非常少的純凈電流,提高了電網的品質;通過削峰填谷，大幅削減電網峰谷差,提高了電網的利用率。5.2優化繼電保護配置分布式光伏接入線路系統側和電源側都應配置故障解列裝置。故障解列裝置含過電壓及低電壓保護、過頻率及低頻率保護等，故障解列裝置動作于聯跳分布式電源并網線路斷路器，條件具備時，宜聯跳分布式電源并網點斷路器；T接接入的分布式電源線路，重合閘應考慮與分布式電源側故障解列、防孤島保護的配合。重合閘方式宜采用檢同期、檢無壓方式，無線路PT時可能引起非同期合閘的，宜停用線路重合閘。5.3有序推進整縣光伏建設一是電網企業要開展現狀供電設施和消納能力評估，配合政府能源規劃部門合理選擇優先開發地點和安排項目推進時序，確保不出現由于上級供電設施受限導致影響開發項目推進的情況。二是對具有一定規模的連片開發項目應統一推進，合理配置一定規模的儲能設備進行削峰填谷，并從盡量避免影響現狀電網供電質量角度統籌區域需求優化接網方案，提升推進效率，提高規范管理水平。參考文獻：王巖.光伏發電系統