光伏发电并入配电网特性分析 作者F0803025黄红程5081509012 指导老师：刘东 (上海交通大学电气工程系，上海市200240) 摘要：本文从对电压水平的影响、对传统配电网继电保护的影响、网络损耗三个方面对光 伏发电系统并入配电网的特性进行了分析，得出了相应的结论。并根据这个结论，介绍了已 有的解决方案，同时还创新地提出了自己的解决方案以达到限制电压升高、确保继电保护正 确动作、减小网损的目的。 关键词：光伏发电：分布式发电：配电网：电压越限：线路保护：网损 1.引言 力发电和光伏发电机组的不同容量组合后电 网的可靠性指标和节约的燃煤量：此外还设计 文献[1][2]分析了国内外光伏发电产业的 了使用优化法计算最大准入功率的算法流程， 现状，对该产业的未来动向进行了展望，并叙并运用试探法在具体算例中计算了风力发电 述了光伏发电在我国的发展情况。 和光伏发电机组接入电网的最大准入功率。 文献[3[4[5]概述了光伏发电关键并网技 最后本文在以上文献基础上，侧重研究了 术，以及光伏发电并入大电网后对大电网的影光伏发电并入配电网后对电压水平、继电保 响，并简要分析了对策。 护、网络损耗三个方面的影响。针对并网对电 文献[6][7]通过对光伏发电系统进行物理压的影响，我没有采用数学推导，而是创新地 建模，采用了MPPT算法，并借助于 借助于电力系统分析中简单的原理，适当的推 Matlab/Simulink仿真得到了光伏发电系统在理得出了结论。在解决电压升高问题中，除 稳态和故障情况下的运行状况。文献[6][7]指了介绍己有的方案，创新的提出了用储能电池 出在故障初期，光伏发电系统中电压和电流将的解决方案。针对并网对继电保护的影响，我 有较大的波动，并且无法在最大功率点上运分别从对电流保护和距离保护的影响两个方 行，系统出力减少。其中，文献[7]还指出在面进行阐述，并在最后总结己有的解决方案。 发生双相接地故障(DLG fault)时，振荡最剧烈。针对并网对网损的影响，我引用了已有文献的 文献[8]侧重于研究光伏电源接入电力系结论，在此基础上重点说明如何减少网损，并 统位置的最优化问题，给出了相应算法，通过 创新的提出一种减少网损的措施。 对径向馈线和环网系统分别进行了验证。 文献[9[10]从光伏发电并入配电网后对 2.问题的提出 配电网电压和频率的影响，并给出了一些解决 方案。 随着石油、天然气等不可再生资源的枯 文献[11[12][13][14研究了光伏发电并入 竭，以及气候变化的加剧，以光伏发电为代 配电网后对配电网电流保护以及距离保护特 表的可再生清洁能源开始越来越受到亲睐。 性的影响，并提出一些解决方案。 早在上世纪90年代，美国、德国、日本就相 文献[15]则侧重于研究光伏发电系统并 继出台了“光伏发电计划”，以大力推进光 入配电网后对配电网网损的影响。 伏发电产业发展。国☒。随着太阳电池成本 文献[16]建立了基于蒙特卡罗仿真的风 的下降和发电效率的不断提高，世界光伏产 力发电的发电容量可信度评估体系，计算和分 业发展迅猛，截止2007年底，世界太阳电池 析了在不同时间段和不同气象条件下接入风 累计装机容量已达到12300MW。2008年全
光伏发电并入配电网特性分析 作者 F0803025 黄红程 5081509012 指导老师：刘东 （上海交通大学 电气工程系，上海市 200240） 摘 要：本文从对电压水平的影响、对传统配电网继电保护的影响、网络损耗三个方面对光 伏发电系统并入配电网的特性进行了分析，得出了相应的结论。并根据这个结论，介绍了已 有的解决方案，同时还创新地提出了自己的解决方案以达到限制电压升高、确保继电保护正 确动作、减小网损的目的。 关键词： 光伏发电；分布式发电；配电网；电压越限；线路保护；网损 1．引言 文献[1][2]分析了国内外光伏发电产业的 现状，对该产业的未来动向进行了展望，并叙 述了光伏发电在我国的发展情况。 文献[3][4][5]概述了光伏发电关键并网技 术，以及光伏发电并入大电网后对大电网的影 响，并简要分析了对策。 文献[6][7]通过对光伏发电系统进行物理 建模，采用了 MPPT 算法，并借助于 Matlab/Simulink仿真得到了光伏发电系统在 稳态和故障情况下的运行状况。文献[6][7]指 出在故障初期，光伏发电系统中电压和电流将 有较大的波动，并且无法在最大功率点上运 行，系统出力减少。其中，文献[7]还指出在 发生双相接地故障(DLG fault)时，振荡最剧烈。 文献[8]侧重于研究光伏电源接入电力系 统位置的最优化问题，给出了相应算法，通过 对径向馈线和环网系统分别进行了验证。 文献[9][10]从光伏发电并入配电网后对 配电网电压和频率的影响，并给出了一些解决 方案。 文献[11][12][13][14]研究了光伏发电并入 配电网后对配电网电流保护以及距离保护特 性的影响，并提出一些解决方案。 文献[15]则侧重于研究光伏发电系统并 入配电网后对配电网网损的影响。 文献[16]建立了基于蒙特卡罗仿真的风 力发电的发电容量可信度评估体系，计算和分 析了在不同时间段和不同气象条件下接入风 力发电和光伏发电机组的不同容量组合后电 网的可靠性指标和节约的燃煤量；此外还设计 了使用优化法计算最大准入功率的算法流程， 并运用试探法在具体算例中计算了风力发电 和光伏发电机组接入电网的最大准入功率。 最后本文在以上文献基础上，侧重研究了 光伏发电并入配电网后对电压水平、继电保 护、网络损耗三个方面的影响。针对并网对电 压的影响，我没有采用数学推导，而是创新地 借助于电力系统分析中简单的原理，适当的推 理得出了结论。 在解决电压升高问题中，除 了介绍已有的方案，创新的提出了用储能电池 的解决方案。针对并网对继电保护的影响，我 分别从对电流保护和距离保护的影响两个方 面进行阐述，并在最后总结已有的解决方案。 针对并网对网损的影响，我引用了已有文献的 结论，在此基础上重点说明如何减少网损，并 创新的提出一种减少网损的措施。 2．问题的提出 随着石油、天然气等不可再生资源的枯 竭，以及气候变化的加剧，以光伏发电为代 表的可再生清洁能源开始越来越受到亲睐。 早在上世纪90年代，美国、德国、日本就相 继出台了“光伏发电计划”，以大力推进光 伏发电产业发展。[1][2] 。随着太阳电池成本 的下降和发电效率的不断提高，世界光伏产 业发展迅猛，截止2007年底，世界太阳电池 累计装机容量已达到12 300 MW。2008年全
世界太阳能电池总产量达6850MW,我国太 图1单个光伏发电接入低压线路负荷分布 阳能电池总产量达1780MW:到2008年年底 根据电力系统分析的原理，我们知道有 我国光伏系统累计装机容量达到140MW。 功功率的方向是从电压幅值大的节点流向 光伏发电系统可以分为两种类型：离网 电压幅值小的节点。由此可知，在没有接入 式光伏发电系统和并网型光伏发电系统。将 光伏电源以前，由于有功功率是从节点1流 光伏发电系统以微网的形式接入到大电网 向节点n,所以节点1~n的电压幅值依次 并网运行，与大电网互为支撑，是提高光伏 递减。 发电规模的重要技术出路，光伏发电系统并 当接入了光伏电源以后，如果第k户与 网运行也是今后技术发展的主要方向，通过 后面的所有用户的有功功率之和大于光伏 并网能够扩张太阳能使用的范围和灵活性。 发电容量PV时，由于系统还要向k提供一 所以目前关于光伏发电方面的研究基本都 部分有功功率，以填补k及其后节点的有功 是针对并网型光伏发电系统展开的。 功率差额，于是UkUk1。 影响较大，会造成配电网的电压不稳定。为 综上，假设线路初始端电压不变，单个 此，需要研究接入光伏发电系统的配电网电 光伏发电接入后，随着光伏出力的逐渐增 压调节问题。 加，线路电压变化趋势如下：1)逐渐降低： 光伏发电系统改变了传统配电网的功 2)先降低后升高，再降低：3)先升高后降 率分布情况，其分布式接入配网的特点会造 低。在后2种情况下，光伏发电接入点电 成传统的继电保护的无选择性动作。因此， 压为局部电压最高点，记为U。光伏接入点 必须解决光伏发电系统接入以后配网的继 电压U。必须小于电压偏差要求的最大电压 电保护问题。 Umax,整条线路上电压才能满足要求，由此 现代电力系统越来越强调经济运行的 可确定线路最大接入光伏容量。 重要性。而研究电网经济运行的一个方面是 (2)多个光伏发电接入的情况 尽可能的减少配电网网络损耗，提高能源利 图2为多个分布式屋顶光伏发电接入 用率。为此，需要研究光伏发电系统接入后 的低压线路负荷分布，线路上有多个用户均 对配网网损的影响，并力争实现网损最小 装有屋顶光伏，没有建设屋顶光伏的用户光 化。 伏发电容量按0考虑。 3.解决问题的方法 tr. 3.1电压调节问题 下面通过对单个光伏发电和多个光伏发电 P,+je P1+je 接入配电网后电压变化机理进行分析，并提 +10 出可行的措施来保证电压偏差满足配电网 图2多个光代发电接入低压线略负荷分布 的运行要求。 与单个光伏发电的处理方法一样，关键 (1)单个光伏发电接入的情况 根据有功功率的流向来决定Uk和Uk1的大 图1为一个光伏发电接入的典型 小关系。 低压线路负荷分布，线路上带有N个 结论类似：如果k点和k点向后所有 用户，在用户p接入的建筑光伏容量为 负荷有功功率之和大于所有光伏发电功率 PV。 之和时，电压降低：如果k点和k点向后 所有负荷有功功率之和小于所有光伏发电 65历 R+rR+话G △△巧△仍 Y乃+iQ P:+je PN+jON
世界太阳能电池总产量达6 850 MW，我国太 阳能电池总产量达1 780 MW；到2008年年底 我国光伏系统累计装机容量达到140MW。 光伏发电系统可以分为两种类型：离网 式光伏发电系统和并网型光伏发电系统。将 光伏发电系统以微网的形式接入到大电网 并网运行，与大电网互为支撑，是提高光伏 发电规模的重要技术出路，光伏发电系统并 网运行也是今后技术发展的主要方向，通过 并网能够扩张太阳能使用的范围和灵活性。 所以目前关于光伏发电方面的研究基本都 是针对并网型光伏发电系统展开的。 作为分布式发电的一种，光伏发电系统 接入配电网以后，将改变配电网上功率单方 向流动的特点。此外，光生伏打效应的非线 性，以及输出功率受外界光照和温度变化的 影响较大，会造成配电网的电压不稳定。为 此，需要研究接入光伏发电系统的配电网电 压调节问题。 光伏发电系统改变了传统配电网的功 率分布情况，其分布式接入配网的特点会造 成传统的继电保护的无选择性动作。因此， 必须解决光伏发电系统接入以后配网的继 电保护问题。 现代电力系统越来越强调经济运行的 重要性。而研究电网经济运行的一个方面是 尽可能的减少配电网网络损耗，提高能源利 用率。为此，需要研究光伏发电系统接入后 对配网网损的影响，并力争实现网损最小 化。 3．解决问题的方法 3.1 电压调节问题 下面通过对单个光伏发电和多个光伏发电 接入配电网后电压变化机理进行分析，并提 出可行的措施来保证电压偏差满足配电网 的运行要求。 (1) 单个光伏发电接入的情况 图 1 为一个光伏发电接入的典型 低压线路负荷分布，线路上带有 N 个 用户，在用户 p 接入的建筑光伏容量为 Pv。 图 1 单个光伏发电接入低压线路负荷分布 根据电力系统分析的原理，我们知道有 功功率的方向是从电压幅值大的节点流向 电压幅值小的节点。由此可知，在没有接入 光伏电源以前，由于有功功率是从节点 1 流 向节点 n，所以节点 1～n 的电压幅值依次 递减。 当接入了光伏电源以后，如果第 k 户与 后面的所有用户的有功功率之和大于光伏 发电容量 Pv 时，由于系统还要向 k 提供一 部分有功功率，以填补 k 及其后节点的有功 功率差额，于是 UkUk-1。 综上，假设线路初始端电压不变，单个 光伏发电接入后，随着光伏出力的逐渐增 加，线路电压变化趋势如下：1）逐渐降低； 2）先降低后升高，再降低；3）先升高后降 低。在后 2 种情况下，光伏发电接入点电 压为局部电压最高点，记为 Up。光伏接入点 电压 Up 必须小于电压偏差要求的最大电压 Umax，整条线路上电压才能满足要求，由此 可确定线路最大接入光伏容量。 (2) 多个光伏发电接入的情况 图 2 为多个分布式屋顶光伏发电接入 的低压线路负荷分布，线路上有多个用户均 装有屋顶光伏，没有建设屋顶光伏的用户光 伏发电容量按 0 考虑。 图 2 多个光伏发电接入低压线路负荷分布 与单个光伏发电的处理方法一样，关键 根据有功功率的流向来决定 Uk 和 Uk-1 的大 小关系。 结论类似：如果 k 点和 k 点向后所有 负荷有功功率之和大于所有光伏发电功率 之和时，电压降低；如果 k 点和 k 点向后 所有负荷有功功率之和小于所有光伏发电
功率之和时，电压升高。线路上的最高电压 保护一般有电流保护和距离保护。所以下面 视具体项目而定，其值应小于电压偏差规定 将分别就光伏发电对电流保护、距离保护的 的最高点压Umax。 影响进行分析、阐述。 (3)光伏发电引起配电网电压越限解决方 (1)光伏发电对电流保护的影响 案 结合图4所示的典型配电网进行分析， 根据(1、(2)中的分析可知，相同容量光 光伏电源对配电网电流保护的影响主要在 伏发电接入位置不同对电压的影响不同，接 以下几个方面： 入位置越接近线路末端，其对电压的提升作 10kV母钱 用越大：线路负荷大小也对一定容量光伏发 电接入后电压升高幅度有影响。负荷越小， 电压升高幅度越大。因此有必要采取一定的 措施来限制分布式光伏发电引起的电网电 压升高。 文献[10]中提到了通过接入点电抗器的 PV3 PV: 补偿、逆变器电压控制可以来控制电网电压 图4光伏发电系统与配电网典型示意图 的升高。考虑到光伏发电量峰值和用电高峰 )光伏发电系统所在馈线上游发生故 相互错开（如图3），本文认为可以借助于 障时，可能导致光伏电源所在馈线保护误动 储能电池吸收光伏发电多余电能，并在晚上 作。如图1所示，如果在馈线BC段接入PV1, 用电高峰时期将电能释放出来，从而可以避 当AB段任意点k3发生故障时，保护R2将感 免在白天光伏发电量大于用电量而产生的 受到由V1提供的反向故障电流。由于保护 电网电压升高问题。 R2没有判断电流方向的元件，若PV1容量足 60000 够大时，反向故障电流将可能超过保护R2处 45000 的电流速断保护的整定值，保护R2就会误动 40000 35000 作。而保护R3的故障电流仅由系统侧电源 30000 提供，与不接PV1时的情况一样，其动作不受 三28000 系统负荷 20000 光出力 PV1接入的影响。 15000 ()相邻馈线故障时，反向故障电流可 10000 5000 能导致本馈线保护误动。如图1所示，如果在 馈线BC出口处接入PV2。当相邻馈线AE上 12 hour of day 的k4点发生故障时，保护R4感受到由系统侧 图3一日内负荷特性与光伏出力曲线 电源、PV1和PV2共同提供的故障电流，其电 流值大于未接入PV1、PV2时的值，保护R4 3.2继电保护配合问题 的灵敏性将提高。而保护R3将感受到由PV1 当配电网接有多个光伏电源时，短路电 和PV2共同提供的反向故障电流，保护R2将 流将会增大，这可能导致电流保护之间的配 感受到由PV提供的反向故障电流，当PV1和 合出现问题，可能使某些保护出现拒动或误 pV2容量较大时，反向电流有可能超过电流 动，而且过大的短路电流还会影响熔断器的 速断保护的整定值，使保护R2或R3误动作。 正常工作。另外，未接入光伏发电系统之前的 (删)随着PV容量的增大，可能导致保护 配电网一般是辐射状的网络，其保护不具有 失去选择性。如图1所示，仅有PV2接入配 方向性，而接入光伏发电系统以后，整个配电 电网时，当馈线CD的出口发生故障时应由 网从无源网络变成有源网络，网络潮流的流 保护R1动作切除故障馈线。但是当PV容量 向具有不确定性。因此，有必要研究光伏发电 足够大时，保护R2的保护范围将可能延伸到 系统并网对配电网保护的影响。 CD段。在这种情况下，如果馈线CD的出口 考虑到传统的放射状配电网中配置的 发生故障，保护R2、R1感受到的故障电流都
功率之和时，电压升高。线路上的最高电压 视具体项目而定，其值应小于电压偏差规定 的最高点压 Umax。 (3) 光伏发电引起配电网电压越限解决方 案 根据(1)、(2)中的分析可知，相同容量光 伏发电接入位置不同对电压的影响不同，接 入位置越接近线路末端，其对电压的提升作 用越大；线路负荷大小也对一定容量光伏发 电接入后电压升高幅度有影响。负荷越小， 电压升高幅度越大。因此有必要采取一定的 措施来限制分布式光伏发电引起的电网电 压升高。 文献[10]中提到了通过接入点电抗器的 补偿、逆变器电压控制可以来控制电网电压 的升高。考虑到光伏发电量峰值和用电高峰 相互错开（如图 3），本文认为可以借助于 储能电池吸收光伏发电多余电能，并在晚上 用电高峰时期将电能释放出来，从而可以避 免在白天光伏发电量大于用电量而产生的 电网电压升高问题。 图 3 一日内负荷特性与光伏出力曲线 3.2 继电保护配合问题 当配电网接有多个光伏电源时,短路电 流将会增大,这可能导致电流保护之间的配 合出现问题,可能使某些保护出现拒动或误 动,而且过大的短路电流还会影响熔断器的 正常工作。另外,未接入光伏发电系统之前的 配电网一般是辐射状的网络,其保护不具有 方向性,而接入光伏发电系统以后,整个配电 网从无源网络变成有源网络,网络潮流的流 向具有不确定性。因此,有必要研究光伏发电 系统并网对配电网保护的影响。 考虑到传统的放射状配电网中配置的 保护一般有电流保护和距离保护。所以下面 将分别就光伏发电对电流保护、距离保护的 影响进行分析、阐述。 (1) 光伏发电对电流保护的影响 结合图 4 所示的典型配电网进行分析, 光伏电源对配电网电流保护的影响主要在 以下几个方面： 图 4 光伏发电系统与配电网典型示意图 (i) 光伏发电系统所在馈线上游发生故 障时,可能导致光伏电源所在馈线保护误动 作。如图 1 所示,如果在馈线 BC 段接入 PV1, 当 AB 段任意点 k3 发生故障时,保护 R2 将感 受到由 PV1 提供的反向故障电流。由于保护 R2 没有判断电流方向的元件,若 PV1 容量足 够大时,反向故障电流将可能超过保护 R2 处 的电流速断保护的整定值,保护 R2 就会误动 作。而保护 R3 的故障电流仅由系统侧电源 提供,与不接 PV1 时的情况一样,其动作不受 PV1 接入的影响。 (ii) 相邻馈线故障时,反向故障电流可 能导致本馈线保护误动。如图 1 所示,如果在 馈线 BC 出口处接入 PV2。当相邻馈线 AE 上 的k4点发生故障时,保护R4感受到由系统侧 电源、PV1 和 PV2 共同提供的故障电流,其电 流值大于未接入 PV1、PV2 时的值,保护 R4 的灵敏性将提高。而保护 R3 将感受到由 PV1 和 PV2 共同提供的反向故障电流,保护 R2 将 感受到由 PV 提供的反向故障电流,当 PV1 和 PV2 容量较大时,反向电流有可能超过电流 速断保护的整定值，使保护R2 或R3 误动作。 (iii) 随着 PV 容量的增大,可能导致保护 失去选择性。如图 1 所示,仅有 PV2 接入配 电网时,当馈线 CD 的出口发生故障时,应由 保护 R1 动作切除故障馈线。但是当 PV 容量 足够大时,保护 R2 的保护范围将可能延伸到 CD 段。在这种情况下,如果馈线 CD 的出口 发生故障,保护 R2、R1 感受到的故障电流都
达到甚至超过其各自的整定值，2个保护都 从国外所进行一些的研究来看，接入配电网 动作，继电保护失去了选择性。 的光伏发电系统产生主要的正面效果之一 (2)光伏发电对距离保护的影响 即是减少电网损耗。 ()当在光伏电源接入处附近发生故障 (1)光伏发电对配网网损影响 时，则流经上一条线路保护安装处的电流没 文献[15]通过建立光伏发电系统接入配 有什么变化，所以上级线路距离！段保护能 电网后网损模型，进行了仿真，得出如下结 够正确动作。 论： ()当在光伏电源下游发生故障时，根据 ()适当引入光伏发电系统会减少输电 叠加原理，光伏电源也会给故障点提供助增 线的有功损耗，但当光伏发电系统的容量大 电流，从而使得流经保护安装处的电流加 于2倍的负荷容量时，引入光伏发电系统 大，于是使下级的距离1段测量阻抗减小， 会增加输电线的有功损耗。 提高了保护的灵敏度，保护范围增大。如果光 (为减少输电线的有功损耗，应尽可能 伏电源的容量较大，那么可能会造成距离保 将光伏发电系统配置在输电线末端、靠近负 护的误动。 荷： ()当在光伏电源上游发生故障时，同 ()引入的光伏发电系统以功率因数 样根据叠加定理，光伏电源会产生反向电流 滞后方式运行，不但向电网注入有功功率， 流过保护安装处，从而使得流过保护安装处 同时也注入无功功率，其减少输电线损耗的 的电流减小，于是造成保护测量阻抗增大。 效果要好于以功率因数超前方式运行。 如果光伏电源的容量较大，那么可能会造成 (2)减少网损的措施 距离保护拒动。 考虑到目前分布式光伏电源一般为建 (3)解决方案 筑屋顶上的太阳能电池板，处于配电网的末 文献「12]提出利用电抗器高阻抗值的特 端，所以显然能够满足（的要求：此外一般 性，来限制分布式电源提供的短路电流，有效 来说常见负荷多为感性负载，所以光伏发电 地解决分布式电源与保护之间的协调性问 系统以功率因素滞后方式运行，即（也容 题，但高阻抗电抗器会对正常运行时的电压 易满足：根据结论)，如果一个配电网中接 产生影响。文献[13]还提出采用故障限流器 入了许多光伏电源（比如每个家庭都装备了 来解决分布式电源助增电流对保护选择性 光伏电源并接入配电网)，那么光伏发电系 的影响。文献[14]提出了2种含分布式电源 统的总容量很容易超过2倍的负荷容量，而 (DG)的配电网馈线保护新方案，一种方案是 这会使得光伏发电系统的有功损耗增加，进 在DG所在线路上游的两端加装方向元件， 而降低了光伏发电-配电网这个大系统的能 并借助两端通信的方法来满足选择性；另一 量利用率。为此，笔者认为可以在每个光伏 种方案是只在DG上游第1条馈线的始端装 发电接入点出装设一个RTU,来检测总的光 设一套电流保护，同时，在上游每条馈线末端 伏发电系统总产能是否大于两倍的负荷容 都加装方向元件。发生故障时，利用广域网将 量。如果是，那么可以让光伏系统产生的剩 方向元件检测到的功率方向信息，与始端馈 余能量储存在储能电池中。等到晚上用电高 线上装设的那套电流保护的判别结果结合 峰到来时，在释放出来，供给配电网末端的 起来，可精确区分出故障区段，保证选择性和 负荷。 全网保护的速动性。 4.总结与体会 3.3网损问题 (1)总结 在配电网的负荷附近接入光伏发电系 本文从光伏发电系统并入配电网后对电 统后，整个配电网的负荷分布将发生变化， 网电压的影响、对继电保护装置的影响、对网 系统潮流随之发生了变化，继而配电网的潮损的影响三个角度来研究光伏发电系统对配 流也可能由原来的“单向”流动变为“双向”。电网特性的影响，并针对每一种情况阐述了一
达到甚至超过其各自的整定值,2 个保护都 动作,继电保护失去了选择性。 (2) 光伏发电对距离保护的影响 (i) 当在光伏电源接入处附近发生故障 时，则流经上一条线路保护安装处的电流没 有什么变化，所以上级线路距离 I 段保护能 够正确动作。 (ii)当在光伏电源下游发生故障时，根据 叠加原理，光伏电源也会给故障点提供助增 电流，从而使得流经保护安装处的电流加 大，于是使下级的距离 I 段测量阻抗减小， 提高了保护的灵敏度,保护范围增大。如果光 伏电源的容量较大，那么可能会造成距离保 护的误动。 (iii)当在光伏电源上游发生故障时，同 样根据叠加定理，光伏电源会产生反向电流 流过保护安装处，从而使得流过保护安装处 的电流减小，于是造成保护测量阻抗增大。 如果光伏电源的容量较大，那么可能会造成 距离保护拒动。 (3) 解决方案 文献[12]提出利用电抗器高阻抗值的特 性,来限制分布式电源提供的短路电流,有效 地解决分布式电源与保护之间的协调性问 题,但高阻抗电抗器会对正常运行时的电压 产生影响。文献[13]还提出采用故障限流器 来解决分布式电源助增电流对保护选择性 的影响。文献[14]提出了 2 种含分布式电源 (DG)的配电网馈线保护新方案,一种方案是 在 DG 所在线路上游的两端加装方向元件, 并借助两端通信的方法来满足选择性;另一 种方案是只在 DG 上游第 1 条馈线的始端装 设一套电流保护,同时,在上游每条馈线末端 都加装方向元件。发生故障时,利用广域网将 方向元件检测到的功率方向信息,与始端馈 线上装设的那套电流保护的判别结果结合 起来,可精确区分出故障区段,保证选择性和 全网保护的速动性。 3.3 网损问题 在配电网的负荷附近接入光伏发电系 统后，整个配电网的负荷分布将发生变化， 系统潮流随之发生了变化，继而配电网的潮 流也可能由原来的“单向”流动变为“双向”。 从国外所进行一些的研究来看，接入配电网 的光伏发电系统产生主要的正面效果之一 即是减少电网损耗。 (1) 光伏发电对配网网损影响 文献[15]通过建立光伏发电系统接入配 电网后网损模型，进行了仿真，得出如下结 论： (i)适当引入光伏发电系统会减少输电 线的有功损耗，但当光伏发电系统的容量大 于 2 倍的负荷容量时，引入光伏发电系统 会增加输电线的有功损耗。 (ii)为减少输电线的有功损耗，应尽可能 将光伏发电系统配置在输电线末端、靠近负 荷； (iii) 引入的光伏发电系统以功率因数 滞后方式运行，不但向电网注入有功功率， 同时也注入无功功率，其减少输电线损耗的 效果要好于以功率因数超前方式运行。 (2) 减少网损的措施 考虑到目前分布式光伏电源一般为建 筑屋顶上的太阳能电池板，处于配电网的末 端，所以显然能够满足(ii)的要求；此外一般 来说常见负荷多为感性负载，所以光伏发电 系统以功率因素滞后方式运行，即(iii)也容 易满足；根据结论(i)，如果一个配电网中接 入了许多光伏电源（比如每个家庭都装备了 光伏电源并接入配电网），那么光伏发电系 统的总容量很容易超过 2 倍的负荷容量，而 这会使得光伏发电系统的有功损耗增加，进 而降低了光伏发电-配电网这个大系统的能 量利用率。为此，笔者认为可以在每个光伏 发电接入点出装设一个 RTU，来检测总的光 伏发电系统总产能是否大于两倍的负荷容 量。如果是，那么可以让光伏系统产生的剩 余能量储存在储能电池中。等到晚上用电高 峰到来时，在释放出来，供给配电网末端的 负荷。 4．总结与体会 (1) 总结 本文从光伏发电系统并入配电网后对电 网电压的影响、对继电保护装置的影响、对网 损的影响三个角度来研究光伏发电系统对配 电网特性的影响，并针对每一种情况阐述了一
些已有的解决方案，并提出一些自己的设想。32(1)：73-76. 研究发现光伏发电系统并入配网后，可能会造 [3)李碧君，方勇杰，杨卫东，徐泰山 成电压升高，除了引用了已有文献中提出的解光伏发电并网大电网面临的问题与对策 决方案，本文还提出了使用储能电池来解决电电网与清洁能源，2010,26(4：52-59 网电压升高的问题。此外，光伏系统并网后可 [4]杨洋，骆晓非，艾芊分布式电源接入 能会造成继电保护的误动、拒动问题，介绍了 对智能电网的影响).低压电器，2011， 一些已有的解决方案。最后对光伏发电系统并 1(1):30-34 网后的网损问题进行研究，并提出了一些减少 [5]雷一，赵争鸣.大容量光伏发电关键技 网损的方法。 术与并网影响分析.电力电子，2010,1(3)： (2)心得体会 16-23. 通过这次小论文，我有三大收获。首先， [6]Fei Ding et al.Modeling and Simulation 我克服了自己对一个陌生的领域的恐惧感。因of Grid-connected Hybrid Photovoltaic Battery 为以前虽然对光伏发电有所耳闻，但是当拿到Distributed Generation System[C.20l0 China 这个题目的时候，面对如此多的要求，我有点 International Conference on Electricity 不知所措了。为了完成作业，我只好硬着头皮 Distribution,2010:1-10. 上。借助于Google和各种电子数据库，我开始 [7]Seo H C,Kim C H,Yoon Y M,Jung C S. 逐渐深入到这个领域中去了，并且不再感到恐 Dynamics of grid-connected photovoltaic 惧，随着阅读的论文越来越多，我越来越自信 system at fault conditions [C].Transmission 了。这是我第一个收获。 Distribution Conference Exposition:Asia and 我的第二大收获是我学会了判断一篇论Pacific,,2009,7(3):1-4. 文是否有用。原来我比较讨厌读论文，因为论 [8]莫颖涛.分布式发电及其对系统规划 文太长了，太枯燥了。但是通过这两三天的密 的影响[D]杭州：浙江大学电气工程学院， 集式的读论文，我开始有了点心得体会：先看 2006:1-69 摘要和结论，然后判断是否和自己要找的论文 [9]闫立伟.微电网中光伏发电动态特性 相符，如果相符，再去看正文。这样为我节省 研究D重庆：重庆大学电气工程学院， 了不少时间。 2010:1-81. 最后是我的第三大收获：我独立思考能力 [10]许艳梅，黄越辉，刘纯，王伟胜. 得到了提高。读论文不是单纯为了读懂原文作 分布式光伏发电对配电网电压的影响及电 者的意思，更在于启发自己思考，进而写好自 压越限的解决方案U].电网技术，2010， 己的论文。比如，我在读一篇论文的时候，我 34(10:140-146. 就发现原文的结论不用那么复杂的数学推导， [11】石振刚，王晓蔚，赵书强.并网光伏 完全可以通过电力系统分析的知识，经过适当 发电系统对配电网线路保护的影响).华东 推理得出。我在写这篇文章时，就采取我自己 电力，2010,38(9：1405-1408. 的方法，我觉得用最简单的道理去解释复杂的 [12]王希舟，陈鑫.分布式发电与配电 问题远比纯粹的数学推导要容易理解的多。 网保护协调性研究】.继电 以上就是我的三点收获。感谢老师给了我 器，2006,343：15-19. 这次难得的锻炼机会！ [13]吴罡，陆于平，花丽丹.分布式发电 采用故障限流器对继电保护性能的影响) 参考文献： 江苏电机工程，2007,26(2：1-4. [1]中国资源综合利用协会可再生能源 [14]韦钢，吴伟力，胡丹云，李智华.分 专业委员会.中国光伏发电的技术现状及展望 布式电源及其并网时对电网的影响]高电 [】.可再生能源，2002,1(3)：5-8. 压技术，2007,33(1)：33-40. [2】吕贝，邱河梅，张宇太阳能光伏发电 产业现状及发展[小.华电技术，2010
些已有的解决方案，并提出一些自己的设想。 研究发现光伏发电系统并入配网后，可能会造 成电压升高，除了引用了已有文献中提出的解 决方案，本文还提出了使用储能电池来解决电 网电压升高的问题。此外，光伏系统并网后可 能会造成继电保护的误动、拒动问题，介绍了 一些已有的解决方案。最后对光伏发电系统并 网后的网损问题进行研究，并提出了一些减少 网损的方法。 (2) 心得体会 通过这次小论文，我有三大收获。首先， 我克服了自己对一个陌生的领域的恐惧感。因 为以前虽然对光伏发电有所耳闻，但是当拿到 这个题目的时候，面对如此多的要求，我有点 不知所措了。为了完成作业，我只好硬着头皮 上。借助于Google和各种电子数据库，我开始 逐渐深入到这个领域中去了，并且不再感到恐 惧，随着阅读的论文越来越多，我越来越自信 了。这是我第一个收获。 我的第二大收获是我学会了判断一篇论 文是否有用。原来我比较讨厌读论文，因为论 文太长了，太枯燥了。但是通过这两三天的密 集式的读论文，我开始有了点心得体会：先看 摘要和结论，然后判断是否和自己要找的论文 相符，如果相符，再去看正文。这样为我节省 了不少时间。 最后是我的第三大收获：我独立思考能力 得到了提高。读论文不是单纯为了读懂原文作 者的意思，更在于启发自己思考，进而写好自 己的论文。比如，我在读一篇论文的时候，我 就发现原文的结论不用那么复杂的数学推导， 完全可以通过电力系统分析的知识，经过适当 推理得出。我在写这篇文章时，就采取我自己 的方法，我觉得用最简单的道理去解释复杂的 问题远比纯粹的数学推导要容易理解的多。 以上就是我的三点收获。感谢老师给了我 这次难得的锻炼机会！ 参考文献： [1] 中国资源综合利用协会可再生能源 专业委员会.中国光伏发电的技术现状及展望 [J]. 可再生能源，2002，1(3):5-8. [2] 吕贝，邱河梅，张宇.太阳能光伏发电 产业现状及发展 [J]. 华电技术， 2010 ， 32(1):73-76. [3] 李碧君，方勇杰，杨卫东，徐泰山. 光伏发电并网大电网面临的问题与对策[J]. 电网与清洁能源，2010，26(4): 52-59. [4] 杨洋，骆晓非，艾芊.分布式电源接入 对智能电网的影响[J].低压电器，2011， 1(1):30-34. [5] 雷一，赵争鸣.大容量光伏发电关键技 术与并网影响分析[J].电力电子，2010，1(3)： 16-23. [6]Fei Ding et al. Modeling and Simulation of Grid-connected Hybrid Photovoltaic Battery Distributed Generation System [C]. 2010 China International Conference on Electricity Distribution, 2010:1-10. [7]Seo H C, Kim C H, Yoon Y M, Jung C S. Dynamics of grid-connected photovoltaic system at fault conditions [C]. Transmission & Distribution Conference & Exposition: Asia and Pacific, 2009, 7(3):1-4. [8] 莫颖涛.分布式发电及其对系统规划 的影响[D].杭州：浙江大学电气工程学院， 2006:1-69. [9] 闫立伟.微电网中光伏发电动态特性 研究[D].重庆：重庆大学电气工程学院， 2010:1-81. [10] 许艳梅，黄越辉，刘纯，王伟胜. 分布式光伏发电对配电网电压的影响及电 压越限的解决方案[J].电网技术，2010， 34(10):140-146. [11] 石振刚，王晓蔚，赵书强.并网光伏 发电系统对配电网线路保护的影响[J].华东 电力，2010，38(9):1405-1408. [12] 王希舟,陈 鑫.分布式发电与配电 网保护协调性研究[J].继电 器,2006,34(3):15-19. [13] 吴 罡,陆于平,花丽丹.分布式发电 采用故障限流器对继电保护性能的影响[J]. 江苏电机工程,2007,26(2):1-4. [14] 韦钢，吴伟力，胡丹云，李智华.分 布式电源及其并网时对电网的影响[J].高电 压技术,2007,33(1):33-40
[15]谢丽美.光伏并网发电系统建模及对 配电网电压、网损的影响[D]保定：华北电 力大学电气工程学院，2009：1-58. [16]陈赟.风力发电和光伏发电并网问题 研究[D.上海：上海交通大学电气工程系， 2009:1-93 Character Analysis of Photovoltaic System Connecting to Distribution Network Author Hongcheng Huang Supervisor Prof.Dong Liu Shanghai Jiaotong University,Shanghai 200240,China) Abstract:This thesis is aim to analysis the impact of photovoltaic generation on the distribution network from three aspects in detail,namely,the impact on the voltage level,the impact on the traditional distributed network relay,and the power loss as well.Not only conclusions are reached,corresponding solutions based on these conclusions are also introduced.The highlights of this dissertation are those solutions put forward all by myself. Key words:photovoltaic;distributed generation;distribution network;voltage beyond limits;line protection;power loss
[15] 谢丽美.光伏并网发电系统建模及对 配电网电压、网损的影响[D].保定：华北电 力大学电气工程学院，2009:1-58. [16] 陈赟.风力发电和光伏发电并网问题 研究[D].上海：上海交通大学电气工程系， 2009:1-93. Character Analysis of Photovoltaic System Connecting to Distribution Network Author Hongcheng Huang Supervisor Prof. Dong Liu （ Shanghai Jiaotong University，Shanghai 200240，China） Abstract：This thesis is aim to analysis the impact of photovoltaic generation on the distribution network from three aspects in detail, namely, the impact on the voltage level, the impact on the traditional distributed network relay, and the power loss as well. Not only conclusions are reached, corresponding solutions based on these conclusions are also introduced. The highlights of this dissertation are those solutions put forward all by myself. Key words：photovoltaic; distributed generation; distribution network; voltage beyond limits; line protection; power loss
