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分布式光伏并网的电网安全稳定性评估

摘要：由于光伏能源的随机性与不可调度性使得光伏发电不稳定,并网后会

对电网的运行安全稳定性造成不良影响。所以分布式光伏并网对电网的安全稳定

影响分析十分具有必要性。本文以某机场光伏并网电网为例,计算分析小容量分

布式光伏接入对配电网潮流及谐波潮流影响,主要通过电磁暂态仿真研究光伏输

出的随机性对备自投保护的影响,分析防孤岛保护对备自投保护装置的作用,并提

出一种安全稳定装置确保电网安全稳定性。

关键词：分布式光伏;防孤岛保护;安全稳定性;

引言

太阳能发电技术发展潜力巨大，被认为是21世纪化石能源的最佳替代产品

之一，其有效改善了当前日益恶化的环境生存压力，对推动环境可持续发展至关

重要。随着分布光伏的大规模并网，光伏发电的高渗透率对电网运行的负面效应

日益突出。因此如何合理有效的消纳光伏等清洁能源是目前限制光伏发展的主要

瓶颈。

1分布式光伏接入对配电网电压质量的影响与要求

1.1配电网络与分布式光伏

配电系统的主接线方式主要有单电源树干式接线、单电源辐射式接线和双电

源手拉手环网接线，并且环网接线方式又常常工作在开环状态。所以，在任一种

正常运行情况下，配电网的接线方式都可以被认为是单电源辐射式接线。由于较

短的馈线长度和较低的电压等级，在配电网中只考虑线路分布电抗和分布电阻，

不考虑对地分布电容以及三相间线路的互感。

配电网母线侧的连线方式比较繁琐，由配电母线供电的负荷总容量比配电系

统的容量小得多，所以由负荷量的变化对上级系统引起的影响是很小的。综上，

本文将配电母线以上系统等效为一个具有一定串联内阻抗的电压源，电压源的电

压为母线空载时的电压，电压源的内电抗由母线额定电压和系统短路容量决定。

馈线中不同位置分布有若干负荷和分布式光伏电源。在中、低压配电网中，

负荷种类繁多，随机性很强，较难准确地对负荷加以电路描述。为便于研究，此

处采用恒功率静态模型来表示馈线上各节点的负荷，同时假设负荷是三相对称的。

接入配电网的光伏电源一般属于中小容量的分布式电源，它们一般不参与配

电网电压的调节。为了充分利用太阳能和光伏逆变器的容量，光伏发电系统通常

工作于最大功率点跟踪控制方式和单位功率因数状态。因此在以下分析中，认为

分布式光伏电源的出力恒定、三相对称且工作于单位功率因数。

1.2分布式光伏接入引起的节点过电压

分布式光伏接入电网，向电网注入有功功率的同时，必将影响到配电网各个

节点的电压，对电压具有一定的提升作用，可能导致节点电压越限。

2分布式光伏对电网谐波的影响

并网发电站主要包括并网光伏发电站和并网风电场两种类型，由于并网光伏

逆变器的绝缘栅双极型功率开关(IGBT)的物理特性，以及采用脉宽调制控制方法

的逆变器自身特点，并网光伏电站运行时会产生相应的电压电流谐波，且由光照

强度变化(如自然光照强度变化、浮云的阴影效应、物体的阴影效应等)引起光伏

电站输出功率的波动间歇变化以及光照不对称都会引起谐波污染。对于风电场并

网时注入电网的谐波主要来源于:(1)风力发电机组本身配备的电力电子装置引起

的谐波;(2)风电场并联补偿电容器与线路电抗发生谐振产生的谐波。所研究的风

电场发电机组均为全功率变频的变速风电机组，其电流谐波大小主要取决于调制

方式和开关频率，不同脉宽调制方式下全功率变频风电机组的电流谐波分布，对

于定开关频率调制在开关频率和开关频率的倍频左右产生峰值谐波，而变开关频

率调制则具有较宽的间谐波和整次谐波频带。此外，电网不对称故障产生的负序

电压以及配网自身的电压谐波，将导致新能源发电机组产生附加的谐波电流，该

部分电流谐波特性由变流器的控制策略决定。

3分布式光伏对电网电压的影响

3.1分布式光伏发电对馈线稳态电压的影响

电力系统中一般通过投切电容器和改变有载调压变压器(LTC)的分接头调压

调节电压，此外很少配置其他的动态无功调节设备。若新能源发电接入电网所占

比例较大，新能源发电站的功率波动性将使线路的负荷潮流也极易波动且变化较

大，加大电网正常运行时的电压调整难度，从而使得原有的调压方案不一定能满

足新能源发电站接入后的电网电压要求。

此时变电站有载调压变压器分接头位于+4档;当新能源发电站接入变电站低

压侧时，由于流过主变压器功率减少，若分接头没有降档位仍位于+5档，则此时

馈线后端节点的电压将越限。可见按原有的调压策略将可能使用户侧电压水平降

低，因此针对新能源发电站接入电