筆者從此前的村級扶貧調(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，總會出現(xiàn)并網(wǎng)電壓躍變、個別逆變器頻繁的并網(wǎng)-脫網(wǎng)-并網(wǎng)等異?，F(xiàn)象，并且這一現(xiàn)象并不是個案，依據(jù)筆者了解，河北平山、安徽六安等地的村級戶用扶貧項(xiàng)目安裝較多的村落均有發(fā)生。

國網(wǎng)公司中國電力科學(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)，第一是會造成電網(wǎng)無功電壓的異常；第二是會產(chǎn)生諧波諧振；第三是會引起繼電保護(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《分布式發(fā)電對配電網(wǎng)電壓的影響》一文中，對分布式電源接入后對電網(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), 會對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　⒔尤胛恢眉肮β室驍?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)計一個分布式系統(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消耗無功功率,這樣會進(jìn)一步加劇無功不足; 實(shí)際配電網(wǎng)中動態(tài)負(fù)荷的無功需求量也會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、幅值波動大等特征，容易激發(fā)引起諧振。


注：在物理學(xué)里，有一個概念叫共振：當(dāng)驅(qū)動力的頻率和系統(tǒng)的固有頻率相等時，系統(tǒng)受迫振動的振幅最大，這種現(xiàn)象叫共振。電路里的諧振其實(shí)也是這個意思：當(dāng)電路中激勵的頻率等于電路的固有頻率時，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)計會使逆變器系統(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)的存在不僅會導(dǎo)致逆變器輸出諧波電流放大，嚴(yán)重時則可能會導(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)阻抗的變化會使PCC處的電壓對功率波動更加敏感，而PCC處的電壓波動又可能導(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。

同時，考慮到電網(wǎng)阻抗的多變性，所處電網(wǎng)的容量不同，各個系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器運(yùn)行的臺數(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)一方面可能會影響逆變器濾波性能，另一方面也會增加系統(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，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，或者失去靈敏性導(dǎo)致拒動 。


馮凱輝表示，“國網(wǎng)電科院此前對很多廠家的逆變器做過一些測試，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)還是會受到一定的影響。”

同時，馮凱輝選取了兩個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；

?光伏30MW時總網(wǎng)損最小，比未接光伏時網(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，來控制電壓的波動幅度。為此，電科院還專門研發(fā)了能夠協(xié)調(diào)控制多臺逆變器的就地協(xié)調(diào)控制器。

每個光伏匯集點(diǎn)安裝就地協(xié)調(diào)控制器，實(shí)現(xiàn)對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10kV臺區(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；部分臺變接近過負(fù)荷。

對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，加裝儲能無疑是一種減少局部電網(wǎng)異常的有效辦法。德國等分布式光伏高滲透率的國家，他們的解決方法是加儲能裝置，基本實(shí)現(xiàn)分布式光伏的就地消納，盡量減少對電網(wǎng)的擾動。譬如固德威的雙向儲能逆變器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SEMS平臺對自有的光伏電站做發(fā)電量預(yù)測，預(yù)測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平臺上發(fā)出需求指令，就近在社區(qū)或工業(yè)園區(qū)購買或者銷售自己生產(chǎn)的太陽能電力”。

然而，在國內(nèi)目前的政策環(huán)境之下，加之儲能的高成本，一般而言，加裝儲能還不具有經(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。