分布式光伏电源并入配电网的故障研究

分布式光伏电源并入配电网的故障研究

尹延海 国网青海省电力公司海东供电公司 810600

摘要：目前，为了有效地解决环境问题，绿色能源以及分布式能源逐步出现在人们视野中。文章主要针对分布式光伏电源并入配电网、并入配电网的故障、降低故障的方式三个方面进行探究，以供参考。

关键词：分布式光伏电源；并入配电网；故障研究

太阳能以及风能发电，他们的利用率极高，伴随着发电技术日趋成熟，储存量也日趋丰富。实际上，分布式能源的发展在一定程度上能够缓解能源开发带来的资源浪费和环境污染，有效地解决传统电力系统存在的负荷曲线峰谷落差较大的问题、也能减少传统火力发电存在的电机频繁投退等问题。光伏系统在使用过程中成本低、发电灵活、得到了快速的推广和应用。现阶段不仅是集成的光伏电站，许多家庭也可以使用光伏发电，这些小型的光伏发电不仅能够满足自发自用的需求，而且能有效地降低能源损耗。作为新能源的代表，光伏发电受到人们广泛青睐，设备接入量也日益增多，用户渗透率越来越高，光伏电源不断接入配电网。然而，对电力系统的稳定性是极为不利的。因而，在大力发展分布式光伏发电的同时，我们还需要考虑到它本身会对配电网带来的影响，寻求有效的解决办法。

1分布式光伏电源并入配电网

1.1内涵

配电网，是电力系统与用户连接的桥梁，配电网的安全运行和用户用电质量息息相关。现阶段，伴随着分布式光伏电源技术迅速发展，大量逆变型分布式光伏电源接入配电网中，它对电力系统的规划、调度、控制等等也引起了人们的广泛关注。通常来说，太阳能电池组中的半导体光电二极管为光伏发电等重要内容，主要是使用半导体界面，将光能转变为电能，进而产生电流。分布式光伏发电并网，它主要包括光伏电池组件、蓄电池组、逆变器、控制器、交流电网等等。它在使用过程中，不管是独立的光伏发电还是并网光伏电站，逆变器都是核心内容，直接的和电能质量相关。

1.2 原理

光伏电源，它在运作时离不开光伏电池板，光伏电池板有诸多个基本的光伏电池串联而成。单个光伏电池通常是有光生、电源流、二极管、电容、电阻构成。常见的光伏电池模型如下图一。

图一 光伏电池模型

事实上，逆变器所采取的何种控制方式在无形中决定了逆变型分布式光伏电源的故障特性。电力系统中广泛使用的是恒功率形式的并网逆变控制策略。主要是为了控制外环以及电流，彼此之间形成双闭环控制，分布式光伏电源输出功率的要求，由外环控制完成，并提供内环控制所需的电流信号。

2分布式光伏电源并入配电网的故障分析

我们在进行含光伏电源配电网故障分析时要把握以下几个方面的内容：第一，如果当配电网中有大量的光伏电源，使集群到光伏电源具备良好的低电压穿越能力。如果将这些光伏电源等效成理想的电压，或者是等效为理想的电流源，它是不够科学的，无法集中反映出光伏电源的特性，也无法对配电网产生的影响进行探究。因此，我们在进行故障分析时，要通过使用低电压穿越特性的多个光伏电源短路模型进行计算。在分析含有多个分布式电源配电网故障特征时，可以使用叠加法和解耦法。前者是将各个分布式电源进行划分，建立故障电源与接入点的电压回路方程进行求解；而后者则是使用分解分布式电源网络，通过短路计算来求解故障。以上两种方式在使用过程中，如果含有多个光伏电源的配电网则不适用^【1】。

因为如果配电网中含有多个分布式光伏电源，我们要考量光伏电源，它的低电压穿越给配电网时所带来的影响，可以通过迭代修正的方式进行故障判断。首先需要将PV额定电流作为故障电流迭代的初始值，通过节点电压方程，求解出各节点的电压，依据修正方程修成各个电源的故障电流，进行有效的收敛判断。

第二，在进行电压调整时，配电网线路中接入的分布式电源可能会引起电压分布变化，调度人员很难把握分布式电源的投入退出时间以及是否有功率变化，这就使得配电线路电压调整异常困难。

第三，引发的继电保护问题，分布式电源的并网，会逐步的转变原来电网故障时的短路电流水平。同时，还会影响电压和短路电流的分布情况，这会给后续的继电保护系统产生一定的影响。分布式电源并网在引起配电网保护误动的同时，分布式电源提供的反向短路电流可能出现保护误动作。在线路发生故障以后，在主系统侧断路器跳开时，分布式电源继续给线路供电，影响故障电弧的熄灭，会出现合闸不成功。

第四，分布式光伏电源并入电网以后，可能会影响分布式电源的运行方式。如果分布式电源它作为配电系统的配用电，原来使用则分布式发电接入，可以提高系统的供电可靠性。反之，如果是和系统电源并网运行控制不好，则会降低系统的可靠性。并网运行时，分布式发电设备，它的可靠性也是影响系统供电的重要因素之一，它和传统供电系统具有较大的差距，一般不会采取单独的分布式电源进行供电^【2】。

3降低分布式光伏电源并入配电网故障的路径

3.1把控光伏系统的状态

我们在分析分布式光伏电源并入配电网故障探究时，要考虑到天气故障等各种因素，对光伏系统的可用性状态进行划分。常见的有可用和不可用两种方式，前者的可用状态是指在光伏发电系统处于运行状态时，我们要根据处理大小将其划分为全额、减额两种方式。全额状态下的系统，则处于最大出力附近，而减额则处于较低水平的处理状态。按照成因进行分析，太阳光照的辐射是由部分光伏电池组件故障单独退出运行引起的。而对于后者不可用状态来说，将其划分为资源不可用以及设备不可用。资源不可用，是指夜间状态，由于光照资源引起的系统不可用；而备设备不可用则是整个发电系统发生部件的强迫停运，导致整个系统退出运行。

3.2建立可靠性模型

我们根据系统的可靠性状态，要考虑到光伏系统接入配电网以后的系统可靠性。我们还要分析和负荷有关的配电系统可靠性指标、与用户有关配电系统可靠性评估指标以及负荷和电量有关的指标等等另有方面。要强化可靠性状态的划分，根据可用性状态进行划分，将系统划分为全额运行、资源限制、以及设备故障、停运状态四个内容^【3】。

3.3分析配电网

接纳分布式光伏电源能力。我们在计算时，要考虑到电压偏差约束、电压波动约束以及光伏功率就地消纳三个方面的内容。一般来说，针对以上三个内容，它容易受到公共连接点处的负荷水平、光伏电源、功率因数等各类因素的影响。如果公共连接点负荷波动较大，则意味着公共连接点负荷波动与光伏功率出现波动叠加变电站可接纳光伏电源的容量会降低。反之，则会增加。对于实际运行的网络，我们要考虑到系统的运行方式。此外，要满足光伏电源接入配网对备用电源容量及位置的需求。针对备用形式和位置，在光伏系统接入配网以后，我们要考虑到他出力的波动性。备用电源的配置考虑采取分布式或集中的两种方式，在光伏电源接入点处配用电源直接补偿，由于光伏出力缺失而对系统产生的影响。不同位置需要不同的备用电容量，实际上，集中式接入配置位置有多种选择，要在安全性和可靠性层面进行分析。在满足现代闭环配电网的实际情况前提下，在馈线末端寻找最优的配置位置^【4】。

结束语

综上所述，分布式光伏电源并入配电网时，可能会在一定程度上改变配电网潮流分布以及故障电流特性。在实际配电网规划中，我们要考虑到电能质量、供电可靠、电力平衡、电量计算、计费等等，确保电网运行可靠。

参考文献

[1] 李文才,彭程. 分布式光伏电源并入配电网的故障分析及保护研究[J]. 机电工程技术,2019,48(6):186-188.

[2] 吴琼. 分布式光伏电源并入配电网的故障分析及保护研究[J]. 百科论坛电子杂志,2019(12):431-432.

[3] 郭海雁. 分布式控制在光伏发电技术中的应用研究[J]. 建筑工程技术与设计,2020(24):355-355.

[4] 刘魁元. 分布式电池对配电网自动重合闸的影响研究[D]. 北京:北京交通大学,2020.