光伏发电并网对电网运行的影响与对策

光伏发电并网对电网运行的影响与对策

岳雪阳

（广东电网有限责任公司佛山供电局，广东 佛山 5283 00）

摘要：通过分析光伏发电并网对电网运行的影响，从系统接入、电能质量、继电保护、计量装置等方面，进行详细的技术研究，提出具体的应对措施，确保并网后电网的安全、稳定、经济运行。

关键词：光伏产业、并网、电网运行、电能质量、电能计量

光伏产业是全球能源科技和产业的重要发展方向，是具有巨大发展潜力的朝阳产业，也是我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。随着光伏产业的蓬勃发展，光伏发电项目并网对电网的影响逐步凸显，及时研究解决这些问题，才能使得光伏产业和电网协调发展。

1.光伏发电技术介绍

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。太阳能通过光伏阵列转化为直流电，通过 DC/DC 变换器汇集至直流母线，再通过 DC/AC 逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦交流电直接供给交流负载或接入电网。根据系统的规模和集中程度，可分为集中式并网系统和分布式并网系统。目前，分布式、并网发电光伏项目应用较广。

2光伏发电并网对电网运行的影响

由于太阳能光伏发电属于能量密度低、稳定性不高，调节能力差的能源，发电量受天气及地域的影响较大，并网发电后会对电网安全，稳定，经济运行以及电网的供电质量造成一定影响。

2.1对电能质量的影响

2.1.1对电网电压及其稳定性的影响

光伏并网发电系统对配电网和高压输电网的电压质量及其控制均有一定的影响。光伏并网发电系统受日光照射的影响较大，发电出力时常变化，见图1、图2对比所示，光伏发电的瞬间出力受天气影响变化很大，发电功率瞬间变化有可能超过50%以上。如果光伏系统容量所占比例较大，线路上的负荷潮流也极易受波动，加大了电网正常运行时的电压调整难度，甚至引起电压稳定性问题。

图 1晴天发电功率曲线图 图2多云天发电功率曲线图

2.1.2对电网频率的影响

当光伏并网发电系统的发电容量占电网内总发电量比例逐步增大后，由于其发电具有一定的随机性，因而可能导致电网内的频率时常出现波动。

2.1.3谐波污染

太阳能光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，必须通过逆变装置的转换，将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，才能并入公共电网。然而，逆变装置会给电网带来电力谐波，使功率因数恶化、电压波形畸变和增加电磁干扰。

2.2孤岛效应风险

“孤岛”是指公共电网停止供电后，由于光伏发电的存在（与电网相连并输送电能），使电网停电区的部分线路仍维持带电状态，形成自给电力供应的孤岛。

在孤岛状态下电力部门失去对线路电压、频率的控制，电力孤岛区域供电电压和频率不稳定。电网对下级线路停止供电后，若光伏发电系统继续上网，下级线路依然能带电运行，将会带来一系列的安全隐患及事故纠纷，危害人身安全，造成设备损害。当电网重新恢复供电时，因孤岛的相位不同步还有可能引起对电网用户的冲击。

2.3对电网运行经济的影响

电网企业承担着分布式光伏并网相关的接入系统建设以及公共电网改造的成本，而且分布式光伏发电自发自用部分在一定程度上会影响电网公司的售电量，某特大型供电企业一个月因光伏发电累计电量收益减少超过3亿元。而且，光伏并网发电系统的接入可能使配电网中的某些设备闲置或成为备用，部分配电变压器和电缆线路会因负荷小而轻载，从而使配电网的运营成本增加，电网效益下降。

3.应对措施

3.1明确接入系统原则

接入电网电压应根据接入电网的要求和光伏发电系统安装容量，经技术经济比较后确定，同时应结合当前电网考虑，容量设置按“就地消纳，自发自用，余电上网”的原则考虑。单点接入容量≤1000kW 时，宜采用 0.38kV 接入;单点接入容量＞1000kW 时，应采用 10kV 接入。接入单回 10kV 专用馈线的光伏发电总容量不宜超过8000kW，接入单回 10kV 公用馈线的光伏发电总容量不宜大于该线路输送容量的 25%，10kV 馈线支干线的载流量应经计算论证是否满足接入的要求。

3.2电能质量要求

通过 10（20）kV 电压等级并网的分布式光伏发电系统，应在并网点处安装电能质量监测终端装置。分布式光伏发电系统接入电网后，并网点的电压在90%-110%标称电压之间时，分布式光伏发电系统应能正常运行，所接入公共连接点的电压偏差应符合国家相关规定，10（20）kV 及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%。当分布式光伏发电系统并网点频率应在 49.5Hz～50.2Hz 范围之内时，分布式光伏发电系统应能正常运行。当分布式光伏发电系统并网点频率在 47.5Hz～49.5Hz 范围之内时，频率每次低于 49.5Hz，分布式光伏发电系统应能至少运行 10min。光伏发电系统所接入的公共连接点在电网正常运行时，负序电压不平衡度不超过 2%，短时不得超过4%；光伏发电引起该点负序电压不平衡度允许值一般为1.3%，短时不超过 2.6%，根据连接点的负荷状况以及邻近发电机、继电保护和自动装置安全运行要求，该允许值可作适当变动。光伏发电系统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%。

3.3继电保护要求

通过10（20）kV 电压等级并网的分布式光伏发电系统，并网点处开关应配置 10kV（20）kV 线路保护测控一体化装置；保护装置应具备电流速断保护、过流保护、零序过流保护、低周减载、高周解列、低压解列等功能。有特殊要求时，可采用光纤电流差动保护。通过 0.38/0.22kV 电压等级并网的分布式光伏发电系统，并网点处开关应配置速断、过流、低压保护等功能。分布式光伏发电系统逆变器保护控制单元应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护整定时间不大于 2s，防孤岛保护应与并网侧线路保护相配合。

3.4计量设置原则

分布式光伏发电电能计量要求设置两套电能计量装置，实现光伏发电发电量、上网电量和下网电量分别计量。其中，一套电能表需支持正反向计量功能、分时计量功能和整点电量冻结功能，具备电流、电压、功率、功率因数测量及显示功能。10kV 接入类用户选择高压计量方式，应在电力设施的产权分界处及光伏发电电源接入点分别设置 10kV 电能计量装置一套，配置三相多功能电能表及负荷管理终端。0.38kV 接入类用户选择低压计量方式，应在电力设施的产权分界处及光伏发电电源接入点分别设置三相380/220V 电能计量装置一套，配置三相多功能电能表及 II型集中抄表集中器。若产权分界处不具备安装条件，可安装在其他易于抄表的合适位置。

从可持续发展的角度来看，光伏产业作为清洁、可再生能源，具有天然优势。但光伏产业在发展中也面临着一系列问题，需要我们持续研究、不断改进，才能促进光伏产业的健康有序发展。