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分布式光伏系统接入对配电系统的影响分析及应对措施
随着近年分布式光伏广泛接入,其随机性、波动性、不可控性,以及空间分布差异大、不能突破资源上下限进行调节等特质,使得整个电网系统正在发生着重大的变化。配电网是从输电网或地区发电厂接受电能,通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网,是由架空线路、电缆、杆塔配电变压器、高低压开关柜、无功补偿电容、计量装置以及一些附属设施等组成的一般采用闭环设计、开环运行,其结构呈辐射状。
分布式电源接入配电网,使配电系统中发电与用电并存,配电网结构从放射状结构变为多电源结构,短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变,配电网从“无源”向“有源”转变,功率从单向流动向双向流动转变。传统的配电变压器无法满足电压频繁波动状态下的调压需求。
市场投资方面,大量分布式光伏接入配网,使得国家对配网的投资和技术革新同步加大;市场主体方面,除原先电网公司外,呈现出分布式光伏业主(投资商)、分布式能源运营商、综合能源服务商、负荷聚合商、平台服务商等众多新主体多元化;业务运营方面,出现了全部上网、自发自用、余电上网、微电网、增量配电、虚拟电厂市场交易等横向多能源-多服务-多样化运营模式;用户需求方面,除安全、价格的电力供应外,绿色、灵活、个性化、可持续也逐渐成为基础需求;技术支撑方面,分布式能源之间互联、分布式光伏与电网之间互动、市场主体资源共享都需要数字化、人工智能、边缘计算、区块链等技术支持。
这些变化势必对未来电网的运行模式和技术支撑带来深远的影响。
影响一:电力消纳的影响
分布式光伏发电的输出因受光照、风力、温度等自然条件不可控因素影响,以多点、多元、分散、间隙、随机的高比例接入配电网,让电网消纳始终处于波动状态,不易控制,维护复杂,对电力平衡调节和电网安全承载带来较大的隐患。
影响二:电能质量的影响
光伏电站接入电网后,公共连接点的电压偏差应满足GB/T12325-2008《电能质量供电电压偏差》的规定。公共连接点的电压波动应满足GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》的规定。光伏电站接入引起的公共连接点电压变动最大不得超过3%。公共连接点的三相电压不平衡度应不超过GB/T15543-2008《电能质量三相电压不平衡》规定的限值,公共连接点的负序电压不平衡度应不超过2%,短时不得超过4%;其中由光伏电站引起的负序电压不平衡度应不超过1.3%,短时不超过2.6%。光伏电站向公共连接点注入的直流电流分量不应超过其交流额定值的0.5%。
影响三:配网电压的影响
配电网一般呈辐射状,稳态运行状态下,电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入光伏电源后,由于馈线上的传输功率减少,使沿馈线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,其电压被抬高多少与接入光伏电源的位置及总容量大小密切相关。通常情况下,可通过在中低压配电网络中设置有载调压变压器和电压调节器等调压设备,将负荷节点的电压偏移控制在符合规定的范围内。对于配电网的电压调整,合理设置光伏电源的运行方式很重要。如规定光伏电源必须参与调压,吸收线路中多余的无功。在夜间重负荷时间段,光伏电源通常无出力,但仍可提供无功出力,改善线路的电压质量。
光伏电源对电压的影响还体现在可能造成电压的波动和闪变。由于光伏电源的出力随入射的太阳辐照度而变,可能会造成局部配电线路的电压波动和闪变。故分布式光伏并网接入时,对接入位置和容量进行合理的规划很重要。光伏电站在配电网电压异常时的响应要求如下表。
表1:光伏电站在电网电压异常时的响应要求
光伏发电系统具备一定的耐受系统频率异常的能力,应能够在下表所示电网频率偏离下运行。
表2:光伏电站在电网频率异常时的响应要求
影响四:系统保护的影响
光伏发电系统的接入使传统的配电网由辐射式变为多电源网络,潮流将不再单向地由变电站母线流向各个负荷节点,而可能出线逆流,出线多种复杂的电压分布情况。光伏发电系统受自然条件变化的影响较大,输出功率的不确定性会导致并网后的各种负荷分布情况交替出现,也使系统潮流具有一定的随机性和复杂性。
影响五:运维安全的影响
分布式光伏产生孤岛效应时,会对电网检修工作人员的安全产生威胁,检修故障危害指数升高,严重影响配电网供电可靠性。
影响六:对配电网规划的影响
由于分布式光伏发电系统一般直接并网于配电网,因此,当其大量上网时,将会极大地影响配电系统的设计、控制和运行,影响系统的安全性和可靠性。这就要求传统的配电网规划方法做出相应的改变。(1)由于大量光伏发电系统的接入为系统提供电能,使得配电网规划人员更加难于准确预测负荷的增长情况,从而影响后续的配电网规划的准确性。(2)光伏发电系统虽然可以减少电能损耗,并且可以减少对电网升级的投资,但是如果光伏发电系统的位置和容量选择不合适,反而会导致电
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