基于柔性开关的配电网光伏接纳能力提升

基于柔性开关的配电网光伏接纳能力提升

陈国辉

深圳市深燃清洁能源有限公司

摘要：随着大量的分布式电源接入电力系统，在带来显著优势的同时，也带来很多负面作用，例如当分布式光伏电源接入电力系统后，会产生一系列的问题，其中节点电压偏差和系统网损增大是目前要解决的主要关键。对含光伏发电的配电网进行无功优化可以有效地降低系统网损并降低电压偏差，同时保证配电网的安全稳定运行。然而，对此传统的无功优化方法并不能做到很好的优化效果，因此，研究含光伏发电的配电网无功优化变得至关重要。

关键词：配电网；光伏接纳能力；柔性开关；遗传算法

引言

在多种清洁能源中，光伏发电的效率、质量、便捷性均相对较强，将其接入配电网可以有效满足区域内大部分群众的用电需求。但是在实践中，分布式光伏并网通常会对配电网造成一定影响，本文从分布式光伏电源发展路径、并网要求出发，对具体影响内容进行全面分析。

1分布式光伏并网发电系统概述

分布式光伏并网发电系统主要由光伏组件、逆变器、汇流箱以及其他相关的入网配件组成。在实际运行过程中光伏组件是其重要的光电转换装置，光伏组件将太阳能转换成为直流电能，汇流箱将所有的光伏组件的电压和电流进行汇总，逆变器将直流电转换成为与配电网相同相位、频率的交流电，为并网提供基础。随着分布式光伏发电系统的使用范围不断扩大，其产生的电力除用户自己使用外，剩余的电能可以实现将其并入到配电网中进行使用，在配电网中进行营销。在分布式并网发电系统其接入到配电网中进行电力营销的过程，其是采用一种微网的方式进行的，其并不需要消耗能源原料，在实际的选择过程中有着较强的灵活性，并且其发电过程比较安全、稳定，不会污染环境。但是在实际的应用过程中，光伏发电系统其前期的投资比较大，在运行过程中的成本相对较高，因此再光伏并网发电系统的实际应用过程中仍需要不断地进行成本的控制。

2分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量分析

2.1主辅电网不同步问题

主辅电网不同步问题也是分布式光伏并网对配电网造成的主要影响之一，这一现象在专业领域也被称为孤岛效应。该问题在系统正常运行中通常不会显现出来，而是主要出现于公共电网故障之后。在实际操作过程中，传统的电网故障通常是成段式的，具备较强的规律性，而在分布式光伏并网之后，配电网内部电能的来源开始多元化，某一电能的失效并不会导致整个电力运行线路出现问题，例如，在区域内火电线路输入端出现问题时，分布式光伏电源由于输入端的独立性，通常并不会出现与火电线路相同的问题。此时，技术人员如果按照传统的方式对线路进行断电与检修，忽略了分布式光伏电源，就很容易产生安全事故，造成人员伤亡与财产损失。

2.2光伏并网发电系统引起谐波

光伏并网发电系统由于其在实际的运行过程中需要利用逆变器将直流电转换成为交流电，在实际的运行过程中为了防止出现逆变器上、下开关管直通的现象，一般情况下都需要对控制开关信号中加入死区进行控制。当处于死区时刻时，逆变器上、下两管的状态都处于关断状态。但是由于电路中存在着电感，因此逆变器的输出电压是由电感的电流决定的，其实际输出的PWM波形图与预期的波形图存在着一定的误差，两者之差形成一组对称的包络线成为方波，方波有着基波分量，其含有大量的谐波，开关元件由于谐波的存在电流产生畸变，导致线路中的阻抗较大，影响配电网的电力稳定性和安全性。

2.3电网运行控制质量下降

（1）电网运行控制质量下降是分布式光伏并网对配电网造成的首要影响。具体而言，在当前时代的技术背景下，分布式光伏并网能够最大限度实现对太阳能资源的有效利用，但是在实践中，分布式光伏并网的大规模应用也降低了光伏电源本身的灵活性。（2）在传统供电管理体系中，仍旧欠缺对于分布式光伏电源并入配电网的经验与制度。在出现大规模停电等供电环境失常的情况时，配电网工作人员很难对并网的功率进行监控，也无法对电能的负荷增长做出有效、精确的判断。在实践中，当严重的供电问题出现时，工作人员通常会选择切断分布式光伏电源的并网，再采取传统的配电网问题解决思路对其进行处理，这不利于分布式电源优势性的充分发挥。（3）在公共配电网中接入大量的分布式电源将导致电网的峰谷差异尤为严重。

3基于柔性开关的配电网光伏接纳能力提升策略

3.1光伏装机容量预测

网格内光伏装机容量直接影响网格电力电量平衡情况及相应网架规划方案。光伏项目管理流程中应增加光伏装机容量预测环节，近期可从区域供电服务中心或县公司收集立项或有意向用户的报装信息，远景可采用政府或当地供电企业提供的整县光伏开发策略研究成果。在基础资料不足的情况下，可结合地区控规用地开发资料，基于用地性质的分类进行网格光伏装机容量预测。城区住宅、市政设施一般采用混凝土平屋顶结构，工商业一般采用彩钢瓦坡屋顶结构。不同屋顶光伏装机容量测试方式如下。

3.2结构形态升级，提升主配网光伏消纳承载力开展配电网承载力和消纳能力评估研究。聚焦整县屋顶光伏开发地区，深化光伏承载力分析和消纳能力评估的指导应用，支撑新能源及分布式光伏接入评审，优先安排接入消纳条件较好的区域、避免扎堆接入消纳能力限制区域，确保分布式光伏安全有序的接入电网。推进配电网规划与光伏接入有序衔接。结合地区屋顶光伏开发安排，适时组织分布式光伏上送需求摸排。对于承载能力较弱的配电网，结合规划适时开展升级改造，提升配电网接入和消纳能力。统筹地区用户及电源接入需求，结合年度电网滚动规划，调整110 kV和35 kV规划项目，满足试点地区分布式光伏“应接尽接、全额消纳”。开展配电网结构和形态升级关键技术研究。基于大规模分布式光伏接入配电网发展形势，开展配电网规划关键技术研究。重点开展县（区）域网架与新能源及分布式电源发展的适应性；深化分布式电源、微电网等广泛分布的配电网规划技术研究，指导分布式电源等安全、有序的接入配电网；开展新形势、新要求下的配电网建设改造原则和标准研究，推动配电网结构、形态及功能升级。选择合适区域试点开展新型电力配电网规划示范区，为应对大规模分布式光伏接入提供规划技术支撑。推进用能结构升级提升光伏就地消纳能力。大力推进全社会用能结构升级。

结束语

本文提出了基于柔性开关的配电网光伏接纳能力提升方法。首先，从抑制过电压、改善潮流分布等方面分析了柔性开关提高配电网光伏接纳能力的原理；其次，提出了综合考虑柔性开关和网络重构的配电网光伏接纳能力提升优化模型，以柔性软开关的潮流控制参数、网络拓扑结构和光伏接入容量为变量，利用遗传算法计算配电网光伏接纳能力；最后，对所提基于柔性开关的配电网光伏接纳能力提升方法进行仿真分析，仿真结果表明，通过柔性开关能有效提高配电网的光伏接纳能力。

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