筆者從此前的村級(jí)扶貧調(diào)研及一些業(yè)內(nèi)人士反饋中得知，當(dāng)某一較小區(qū)域，譬如一個(gè)100戶的自然村，分布式戶用（5KW/戶）光伏裝機(jī)量超過一定數(shù)量時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)并網(wǎng)電壓躍變、個(gè)別逆變器頻繁的并網(wǎng)-脫網(wǎng)-并網(wǎng)等異常現(xiàn)象，并且這一現(xiàn)象并不是個(gè)案，依據(jù)筆者了解，河北平山、安徽六安等地的村級(jí)戶用扶貧項(xiàng)目安裝較多的村落均有發(fā)生。

國(guó)網(wǎng)公司中國(guó)電力科學(xué)研究院新能源研究中心馮凱輝此前表示，分布式光伏穿透功率的增加給現(xiàn)有電網(wǎng)以及分布式光伏的控制帶來一系列挑戰(zhàn)，穿透功率越大，挑戰(zhàn)越大。尤其是在農(nóng)村等薄弱電網(wǎng)，分布式光伏高密度接入時(shí)的電壓控制與電能質(zhì)量問題值得關(guān)注。

注：分布式光伏穿透功率是指系統(tǒng)中分布式裝機(jī)容量占系統(tǒng)總負(fù)荷的比例。

馮凱輝就分布式光伏接入引起的電網(wǎng)異常歸納為三點(diǎn)，第一是會(huì)造成電網(wǎng)無功電壓的異常；第二是會(huì)產(chǎn)生諧波諧振；第三是會(huì)引起繼電保護(hù)的異常。

其一、就無功電壓異常而言，在線路始端電壓保持不變的情況下,配電網(wǎng)接入單個(gè)分布式光伏后,沿著饋線方向的線路電壓分布隨分布式光伏容量的增加可能會(huì)有四種情況：

※逐漸降低

※先降低后升高，再降低

※先升高再降低

※一直升高

電力學(xué)報(bào)《分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響》一文中，對(duì)分布式電源接入后對(duì)電網(wǎng)電壓的影響給予詳細(xì)分析。

仿真分析結(jié)果顯示，一定容量的分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)絡(luò), 會(huì)對(duì)饋線上的電壓分布產(chǎn)生重大影響。具體影響的大小, 與分布式發(fā)電的總?cè)萘看笮?、接入位置及功率因?shù)有關(guān)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)一般呈輻射狀, 穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下, 電壓沿饋線的潮流方向逐漸降低。接入DG（分布式電源）后, 在穩(wěn)態(tài)情況下, 由于饋線上的傳輸功率減少以及DG輸出的無功支持, 使得沿饋線的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓有所提高。而電壓被抬高多少與接入的DG的位置、總?cè)萘康拇笮〖捌涔β室驍?shù)有關(guān)。

“DG的位置和容量是設(shè)計(jì)一個(gè)分布式系統(tǒng)不可缺少的前提條件。由于分布式電源一般都接入用戶側(cè), 因此要根據(jù)客戶終端所需的容量和所處環(huán)境的地理位置, 綜合考慮各種衡量指標(biāo), 確定所要采用的發(fā)電方式。分布式電源的位置不僅要考慮周邊的能源、交通運(yùn)輸、地理環(huán)境等因素, 還要考慮其布置是否合理, 使線路損耗盡可能小, 從而改善系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性。”

“另外, DG在實(shí)際運(yùn)行中, 要進(jìn)行調(diào)壓和無功優(yōu)化。依據(jù)實(shí)際仿真, 分布式發(fā)電并入系統(tǒng), 使得電壓被抬高, 某些節(jié)點(diǎn)電壓甚至超過上限, 對(duì)用戶造成影響; 而分布式發(fā)電的退出,使得依靠DG 支撐的饋線電壓下跌, 帶來電能質(zhì)量問題, 所以DG并入配電網(wǎng)一定要進(jìn)行調(diào)壓。”

“含分布式電源的配電網(wǎng)由于分布式電源的總?cè)萘坑邢? 分布式電源接入后, 只能在一定程度上改善配電網(wǎng)的無功不足而且有些分布式電源不但不能提供無功功率反而會(huì)消耗無功功率,這樣會(huì)進(jìn)一步加劇無功不足; 實(shí)際配電網(wǎng)中動(dòng)態(tài)負(fù)荷的無功需求量也會(huì)隨著分布式電源的啟停而變化, 所以需要進(jìn)行一定的無功補(bǔ)償, 即在分布式發(fā)電接入地點(diǎn)安裝適當(dāng)?shù)臒o功電壓支撐設(shè)備, 如電容器等, 在分布式發(fā)電運(yùn)行時(shí)投運(yùn)。”

其二、諧波諧振；分布式光伏集群中大量逆變器的引入，使得配電網(wǎng)成為含有多個(gè)固有諧振點(diǎn)的復(fù)雜高階網(wǎng)絡(luò)，光伏出力具有諧波頻譜寬、幅值波動(dòng)大等特征，容易激發(fā)引起諧振。


注：在物理學(xué)里，有一個(gè)概念叫共振：當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí)，系統(tǒng)受迫振動(dòng)的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。電路里的諧振其實(shí)也是這個(gè)意思：當(dāng)電路中激勵(lì)的頻率等于電路的固有頻率時(shí)，電路的電磁振蕩的振幅也將達(dá)到峰值。實(shí)際上，共振和諧振表達(dá)的是同樣一種現(xiàn)象。這種具有相同實(shí)質(zhì)的現(xiàn)象在不同的領(lǐng)域里有不同的叫法而已。

固德威太陽能學(xué)院王五雷就多機(jī)并聯(lián)諧振原因給出了分析，首先多機(jī)并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)中，單個(gè)并網(wǎng)逆變器大都采用無隔離變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，且一般采用LCL濾波器，后面的L為等效電感。采用LCL濾波器的設(shè)計(jì)會(huì)使逆變器系統(tǒng)頻帶中存在諧振頻率點(diǎn)。

其次、無隔離變壓器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)客觀上又建立了多逆變器間的關(guān)聯(lián)與耦合，其中各自逆變器的LCL濾波回路相互的關(guān)聯(lián)以及線路上分布參數(shù)阻抗的影響，使多逆變器的輸出回路構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的高階電網(wǎng)絡(luò)。這一高階電網(wǎng)絡(luò)的存在不僅會(huì)導(dǎo)致逆變器輸出諧波電流放大，嚴(yán)重時(shí)則可能會(huì)導(dǎo)致多逆變器并聯(lián)系統(tǒng)的諧振。

再者、隨著并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)穿透率的提升，公共連接點(diǎn)(points of commonconnection，PCC)阻抗的變化會(huì)使PCC處的電壓對(duì)功率波動(dòng)更加敏感，而PCC處的電壓波動(dòng)又可能導(dǎo)致局部逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的諧振，這一局部逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)的諧振又可能進(jìn)一步導(dǎo)致全局并網(wǎng)系統(tǒng)諧振的發(fā)生。

對(duì)于諧波的抑制，固德威也提出了自己的解決思路。王五雷表示，現(xiàn)在解決諧振的辦法有無源阻尼法、APF等，它們能暫時(shí)抑制諧振問題，但是其增加了成本，并且以犧牲系統(tǒng)效率，損失發(fā)電量為代價(jià)。

同時(shí)，考慮到電網(wǎng)阻抗的多變性，所處電網(wǎng)的容量不同，各個(gè)系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器運(yùn)行的臺(tái)數(shù)也不盡相同導(dǎo)致并網(wǎng)諧振現(xiàn)象具有一定的隨機(jī)性。故現(xiàn)有技術(shù)一方面可能會(huì)影響逆變器濾波性能，另一方面也會(huì)增加系統(tǒng)損耗，降低系統(tǒng)效率，且抑制諧振技術(shù)往往以犧牲逆變器的輸出特性為代價(jià)，在正常并網(wǎng)情況下無法保證電網(wǎng)的友好性。因此現(xiàn)有技術(shù)無法滿足各類型電網(wǎng)的并網(wǎng)要求。

固德威在逆變器軟件中增加了智能有源阻尼抑制算法，提供了一種既保證正常情況下的輸出特性，又能保證高阻抗等諧振狀態(tài)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性的諧振抑制方法，得以較好的解決了弱網(wǎng)條件下諧振的問題。該技術(shù)也成功應(yīng)用在金寨等多個(gè)扶貧項(xiàng)目中。

其三、繼電保護(hù)異常；分布式光伏提供的短路電流可以使繼電保護(hù)失去選擇性導(dǎo)致誤動(dòng)，或者失去靈敏性導(dǎo)致拒動(dòng) 。


馮凱輝表示，“國(guó)網(wǎng)電科院此前對(duì)很多廠家的逆變器做過一些測(cè)試，不同的逆變器提供的感應(yīng)電流不一樣。按目前的分布式光伏電網(wǎng)容量，經(jīng)調(diào)研分析，可以將現(xiàn)有配電網(wǎng)的保護(hù)由單項(xiàng)改成雙項(xiàng)，繼而滿足當(dāng)下分布式光伏的接入，但是隨著分布式裝機(jī)容量的進(jìn)一步增加，繼電保護(hù)還是會(huì)受到一定的影響。”

同時(shí)，馮凱輝選取了兩個(gè)典型的案例給予了分析和改造方法：

案例1、北京市區(qū)分布式光伏規(guī)劃

算例為北京某110kV變，共16條10kV出線，平均負(fù)荷23MW，最大負(fù)荷40MW，8個(gè)光伏并網(wǎng)點(diǎn)：

?總網(wǎng)損隨光伏裝機(jī)容量增大呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)；

?光伏30MW時(shí)總網(wǎng)損最小，比未接光伏時(shí)網(wǎng)損減小了12% 。

分布式光伏發(fā)電的接入增大了母線電壓波動(dòng)幅度，雖未越限，但增加了配電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)難度；需采取措施控制母線電壓波動(dòng)幅度，如利用光伏逆變器的無功-電壓調(diào)節(jié)能力。
接入之后增加了電網(wǎng)波動(dòng)的幅度，沒有越線，但是增加了調(diào)頻的難度。所以采取的改進(jìn)措施就是利用光伏逆變器自身的無功電壓調(diào)解能力，來控制電壓的波動(dòng)幅度。為此，電科院還專門研發(fā)了能夠協(xié)調(diào)控制多臺(tái)逆變器的就地協(xié)調(diào)控制器。

每個(gè)光伏匯集點(diǎn)安裝就地協(xié)調(diào)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的快速無功調(diào)節(jié)，并進(jìn)行通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換；各光伏匯集點(diǎn)信息經(jīng)加密無線傳輸，通過安全隔離后進(jìn)入無功電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)光伏集群的多點(diǎn)、分層融合組網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制。
案例2、淶水縣寺皇甫村光伏扶貧項(xiàng)目

河北省淶水縣寺皇甫村目前由周邊35kV城東站義安鎮(zhèn)10kV線路供電，包含4個(gè)10kV臺(tái)區(qū)。規(guī)劃100戶，每戶安裝3kW光伏，總?cè)萘?00kW


光伏接入后出現(xiàn)的問題：末端電壓超過1.1pu；部分臺(tái)變接近過負(fù)荷。

對(duì)于上述異常問題的解決，馮凱輝給出了如下的改造方案：


改造方案第一步：部分光伏+負(fù)荷改接線，使各臺(tái)變接入容量盡量均衡，并縮短末端光伏接入距離；


改造方案第二步：加強(qiáng)主干線路，敷設(shè)雙回線或改為更大截面導(dǎo)線


當(dāng)然，加裝儲(chǔ)能無疑是一種減少局部電網(wǎng)異常的有效辦法。德國(guó)等分布式光伏高滲透率的國(guó)家，他們的解決方法是加儲(chǔ)能裝置，基本實(shí)現(xiàn)分布式光伏的就地消納，盡量減少對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。譬如固德威的雙向儲(chǔ)能逆變器ES系列，即可實(shí)現(xiàn)光伏所發(fā)的電力在白天優(yōu)先供負(fù)載使用，多余的部分存儲(chǔ)在蓄電池中，如果再有多余則賣到電網(wǎng)，晚上優(yōu)先從蓄電池中放電使用，不足部分從電網(wǎng)購(gòu)買，太陽能電力可以做到80%以上的自發(fā)自用。

從遠(yuǎn)期而言，固德威也提出了局部區(qū)域高比例容納并消納分布式光伏電力的解決思路，其推出SMES智慧能源管理系統(tǒng)，以期在局部范圍內(nèi)，結(jié)合售電側(cè)改革，更好的調(diào)度管理分布式光伏電力。譬如，固德威總經(jīng)理黃敏此前表示，“可以借助智慧能源管理平臺(tái)SEMS平臺(tái)對(duì)自有的光伏電站做發(fā)電量預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)未來三天或一周的發(fā)電量和用電量，兩相比較，可以知道自己生產(chǎn)的電力是不足還是富余，我們可以在SEMS平臺(tái)上發(fā)出需求指令，就近在社區(qū)或工業(yè)園區(qū)購(gòu)買或者銷售自己生產(chǎn)的太陽能電力”。

然而，在國(guó)內(nèi)目前的政策環(huán)境之下，加之儲(chǔ)能的高成本，一般而言，加裝儲(chǔ)能還不具有經(jīng)濟(jì)性。從《太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》得知，“十三五”期間將大力發(fā)展分布式應(yīng)用，各類示范園區(qū)及整村推進(jìn)的光伏扶貧項(xiàng)目，勢(shì)必將引起局部區(qū)域分布式光伏裝機(jī)的迅速增加。所以，在設(shè)計(jì)階段，提前考慮合理的裝機(jī)分布和并網(wǎng)點(diǎn)顯得格外重要。