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摘要：大规模光伏并网是一种集中利用太阳能发电的方式，近来年随着政策的扶持和光伏组件成本的不断下降，越来越多的大容量光伏电站正在建成或已经并入城市电网运行，光伏电源的大量接入增加了配电网调度与运行管理的复杂性，本文从电能质量方面提出了配电网接纳光伏电源能力的分析方法，并通过功率变化引起的电压波动，综合估算得出光伏电源的最大允许渗透率.
1、引言
电网中光伏电源接入的比例超过一定范围，会对电网正常运行的电能质量和安全稳定造成影响。对于一个给定配电网系统，如何确定其到底最多能接入多大容量的光伏电源，逐渐成为电力运行和规划人员关心的问题。为了衡量配电网接纳光伏电源的能力，常采用渗透率的概念。渗透率是指光伏电源并网容量与电网负荷的比值，在满足系统的运行约束条件下，系统能承受的渗透率应控制在一定限制范围内。
下面结合我国配电网现状及光伏电源接入典型模式，考虑不同类型电源的运行特性，分析光伏电源对配电网安全可靠性、电能质量等方面的影响，从而对配电网接纳光伏电源的能力进行研究。
2、基于电压波动的接纳能力分析
配电网中接入光伏电源后，将引起电压分布的变化。由于配电网调度人员难以掌握光伏电源的投入、退出时间以及发出的有功功率与无功功率的变化，使配电线路的电压调整控制十分困难。
下面对光伏电源功率波动引起的电压问题进行分析。
对整个电力系统进行等效简化，得到如图1所示的示意图。节点1为配电网与上级电网的接口，视作电源节点，其注入变电站的功率为 ；节点2为主变高压侧母线；节点3为主变低压侧母线，将低压馈线上的负荷和光伏电源都通过等效到低压侧母线总体考虑，分别计为负荷 与光伏电源 。
对于上述简化系统，计算过程如下：
首先，光伏电源接入系统并处于稳定运行状态下，忽略配电网损耗，由功率平衡，可得：
（1）
即节点1注入变电站的功率为：
（2）
其次，假设光伏电源出力发生波动，极端情况下，考虑所有光伏电源均退出运行。为了以抑制负荷波动的影响，系统会留有一定的负荷备用，根据规程规定，规划、设计和运行的电力系统，均应备有有功功率负荷备用，负荷备用一般为最大发电负荷的2%～5%，低值适用于大系统，高值适用于小系统，假设系统负荷备用取5%。即此时整个系统能够提供给变电站负荷的功率大小为：
（3）
当光伏电源容量较多时，若光伏电源在较短的时间内大量退出，总出力骤然减小，无法满足负荷需求，系统电压将产生跌落。设光伏电源退出前后，母线3的电压电流分别为 、 和 、 ，由于负荷阻抗基本不变，即 不变，则有：
（4）
（5）
比较式（7.4）和式（7.5），并将式（7.3）带入，可得：
（6）
一般而言，系统中功率因数接近于1，有功分量的平方远大于系统无功分量的平方，即：
（7）
式（7）表明了光伏电源接入系统功率大小对系统母线电压的影响。根据国标GB/T 12325-2008 《电能质量 供电电压偏差》规定，10千伏母线电压偏差不应超过标称电压的±7%。因此，有：
（8）
由式（7）计算得出，光伏电源接入功率 不应超过系统负荷 的17.6%。
整个分析计算过程做了最严重情况的假设，即光伏电源全部退出运行。实际运行中，风电、光伏机组的短期功率变化最大达到装机容量的60%，即式（7）应修正为：
（9）
由此可得光伏电源接入功率 不应超过系统负荷 的30%。
进一步考虑负荷波动情况，我国电力系统峰谷差约为30%～40%，局部地区超过50%，由此可得到光伏电源的接入功率不应超过系统最大负荷的15%-20%。
另外，还可将光伏电源的退出看作是系统受到一个冲击负荷，进而从冲击负荷对电力系统影响的角度进行分析。冲击负荷引起的电压降（p.u.）为：
（10）
式中 ----冲击无功负荷（Mvar）
----冲击有功负荷（MW）
----冲击负荷点母线短路容量（MVA）
----冲击负荷引起的电网频率降低（p.u.）
----负荷电压的频率效应系数，一般为0.8～2.0p.u.。
一般而言，在进行系统设计时，需要考虑整个系统的故障情况，因此母线短路容量的大小和整个系统的容量相关，主变低压侧发生的功率波动，将由整个系统来分担。
但在进行光伏电源接入分析时，考虑整个系统的负荷的功率变化，光伏电源 、 变化较大，可能与 在同一数量级，则电压波动幅度较大，假设光伏电源平均功率因数0.99時， 情况下电压波动达到系统限值，光伏电源接入系统的总容量与其功率因数有关，平均功率因数越小，其接入允许容量越小。
4、总结
综上所述，光伏电源的输出功率波动大，不确定性程度高，对配电网电压有显著影响。当接入整个配电网的光伏电源容量达到一定规模，系统的电压质量将受到影响，建议光伏电源的接入功率不应超过系统最大负荷的15%-20%。
地址：山东省菏泽市牡丹区大学路大学嘉园21号楼3单位201室
邮编：274000
联系人：王亚 转丁盛
电话：15315665667
1、引言
电网中光伏电源接入的比例超过一定范围，会对电网正常运行的电能质量和安全稳定造成影响。对于一个给定配电网系统，如何确定其到底最多能接入多大容量的光伏电源，逐渐成为电力运行和规划人员关心的问题。为了衡量配电网接纳光伏电源的能力，常采用渗透率的概念。渗透率是指光伏电源并网容量与电网负荷的比值，在满足系统的运行约束条件下，系统能承受的渗透率应控制在一定限制范围内。
下面结合我国配电网现状及光伏电源接入典型模式，考虑不同类型电源的运行特性，分析光伏电源对配电网安全可靠性、电能质量等方面的影响，从而对配电网接纳光伏电源的能力进行研究。
2、基于电压波动的接纳能力分析
配电网中接入光伏电源后，将引起电压分布的变化。由于配电网调度人员难以掌握光伏电源的投入、退出时间以及发出的有功功率与无功功率的变化，使配电线路的电压调整控制十分困难。
下面对光伏电源功率波动引起的电压问题进行分析。
对整个电力系统进行等效简化，得到如图1所示的示意图。节点1为配电网与上级电网的接口，视作电源节点，其注入变电站的功率为 ；节点2为主变高压侧母线；节点3为主变低压侧母线，将低压馈线上的负荷和光伏电源都通过等效到低压侧母线总体考虑，分别计为负荷 与光伏电源 。
对于上述简化系统，计算过程如下：
首先，光伏电源接入系统并处于稳定运行状态下，忽略配电网损耗，由功率平衡，可得：
（1）
即节点1注入变电站的功率为：
（2）
其次，假设光伏电源出力发生波动，极端情况下，考虑所有光伏电源均退出运行。为了以抑制负荷波动的影响，系统会留有一定的负荷备用，根据规程规定，规划、设计和运行的电力系统，均应备有有功功率负荷备用，负荷备用一般为最大发电负荷的2%～5%，低值适用于大系统，高值适用于小系统，假设系统负荷备用取5%。即此时整个系统能够提供给变电站负荷的功率大小为：
（3）
当光伏电源容量较多时，若光伏电源在较短的时间内大量退出，总出力骤然减小，无法满足负荷需求，系统电压将产生跌落。设光伏电源退出前后，母线3的电压电流分别为 、 和 、 ，由于负荷阻抗基本不变，即 不变，则有：
（4）
（5）
比较式（7.4）和式（7.5），并将式（7.3）带入，可得：
（6）
一般而言，系统中功率因数接近于1，有功分量的平方远大于系统无功分量的平方，即：
（7）
式（7）表明了光伏电源接入系统功率大小对系统母线电压的影响。根据国标GB/T 12325-2008 《电能质量 供电电压偏差》规定，10千伏母线电压偏差不应超过标称电压的±7%。因此，有：
（8）
由式（7）计算得出，光伏电源接入功率 不应超过系统负荷 的17.6%。
整个分析计算过程做了最严重情况的假设，即光伏电源全部退出运行。实际运行中，风电、光伏机组的短期功率变化最大达到装机容量的60%，即式（7）应修正为：
（9）
由此可得光伏电源接入功率 不应超过系统负荷 的30%。
进一步考虑负荷波动情况，我国电力系统峰谷差约为30%～40%，局部地区超过50%，由此可得到光伏电源的接入功率不应超过系统最大负荷的15%-20%。
另外，还可将光伏电源的退出看作是系统受到一个冲击负荷，进而从冲击负荷对电力系统影响的角度进行分析。冲击负荷引起的电压降（p.u.）为：
（10）
式中 ----冲击无功负荷（Mvar）
----冲击有功负荷（MW）
----冲击负荷点母线短路容量（MVA）
----冲击负荷引起的电网频率降低（p.u.）
----负荷电压的频率效应系数，一般为0.8～2.0p.u.。
一般而言，在进行系统设计时，需要考虑整个系统的故障情况，因此母线短路容量的大小和整个系统的容量相关，主变低压侧发生的功率波动，将由整个系统来分担。
但在进行光伏电源接入分析时，考虑整个系统的负荷的功率变化，光伏电源 、 变化较大，可能与 在同一数量级，则电压波动幅度较大，假设光伏电源平均功率因数0.99時， 情况下电压波动达到系统限值，光伏电源接入系统的总容量与其功率因数有关，平均功率因数越小，其接入允许容量越小。
4、总结
综上所述，光伏电源的输出功率波动大，不确定性程度高，对配电网电压有显著影响。当接入整个配电网的光伏电源容量达到一定规模，系统的电压质量将受到影响，建议光伏电源的接入功率不应超过系统最大负荷的15%-20%。
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