安康分布式电源并 的关键问题

国 陕西省电力公司安康供电公司的研究人员姚建双、贾军、周苗、黄龙军、王申怡，在2021年第10期《电气技术》上撰文，针对分布式电源并 存在的诸多问题，以安康电 为研究对象，首先阐述安康地区电 建设基本情况，继而对分布式电源并 存在的问题进行深入探讨剖析，最后就当前国内外分布式电源并 逆变器关键技术进行综述。本研究成果可为安康地区新能源并 项目提供一定指导，以提高安康地区分布式能源利用率，快速实现清洁替代，稳步推进能源供给侧结构转型，促进分布式发电技术持续健康发展。

化石能源逐渐枯竭，新能源革命兴起，新型可再生能源以其清洁环保的独特优势备受青睐。其中，太阳能、风能、潮汐能渗透率的逐步提高将极大缓解环境压力，光伏、风力发电技术发展最为迅猛。与此同时，极大促进了新型设备制造业迅速崛起。由于分布式电源具有间歇性和不确定性，且受环境光照变化影响较大，这增加了分布式电源的并 及控制难度。

1 安康电 简介

安康电 架结构是以330kV为依托，以110kV为骨干 架，向东、西北双回并列，向西南三回并列，向南单回线辐射型供电。主要担负安康市九县一区及襄渝、阳安、西康三条电气化铁路供电使命，与此同时，安康电 并向鄂西北十堰市西北区域持续供电。

安康330kV电 由金柞Ⅰ、Ⅱ线、金安Ⅰ、Ⅱ线、金香Ⅰ、Ⅱ线、香鹤线、安—喜—洋线及金州变、香溪变、安康水电厂构成。通过330kV金柞双回及安—喜—洋、香鹤线与陕西主电 联络。

正常运行情况下，安康电 主要可分为金州变、香溪变、安康水电厂、石泉水电厂四个供电区域，其间为开环环 运行。

截至2018年尾，安康电 已建110kV变电站56座，容量为3113MV?A，其中由安康供电公司运管39座，铁路牵引变14座，陕西省地方电力公司下属各电力公司及用户变17座；35kV变电站81座，容量817.65MV?A，其中由安康供电公司运管23座，陕西省地方电力公司下属各电力公司及用户运管58座。已投运的330kV输电线路共计9条612km；110kV在运线路共计100条1930.559km，35kV输电线路共计154条2108.992km。其中由安康供电公司维护35kV及以上输电线路共计135条2893km。安康电 基本情况见表1。

表1 安康电 基本情况

为响应国家“十三五”战略规划部署，实现电力清洁替代，大力发展清洁能源，实现低碳绿色环保共享新理念，安康公司因地制宜大力发展光伏产业，不断提升清洁能源消纳能力，助力精准扶贫，打赢电力革命攻坚战。安康地区光伏电站建设基本情况见表2。

表2 安康地区光伏电站建设基本情况

由表2可知，安康地区在建光伏电站3站，已投运光伏电站9座，废止光伏电站15座，由于地理条件限制，光伏上 率较低，仅为33.33%。光伏发电利用率偏低，形势依然严峻，光伏并 过程中存在的诸多问题仍亟待解决。

?2 安康地区分布式电源并 存在问题

可再生能源迅猛发展，促使微电 孕育而生。微电 作为有效消纳清洁能源的重要电 形式，在新能源并 过程中发挥着不可或缺的作用。分布式电源并 示意图如图1所示，光伏、蓄电池通过DC-DC变换器并入直流母线，风能通过双向DC-AC变换器共同并入直流母线，构成简易直流微电 ，实现“即插即用”。直流微电 作为能源互联 建设的重要组成部分，是未来电力系统的一种发展方向，更是国家“十三五”规划实现清洁能源替代的重要途径。

安康地区以其特有的地理条件，着重于光伏发电。为有效消纳太阳能，可将分布式电源项目电能消纳方式分成三类：全部上 、全部自用和自发自用余电上 。

图1 分布式电源并 示意图

分布式光伏进出 形式灵活，可根据直流微电 功率盈缺情况工作在孤岛模式或并 模式。当直流微电 内功率盈余时，可作为电源向大电 输送功率；当直流微电 内功率出现缺额时，可作为负荷从大电 汲取功率，实现并 运行；当直流微电 满足本地负荷要求时，自发自用也可工作在孤岛模式。光伏发电运行方式灵活，供电可靠性高，不存在频率、相位和功率损耗等问题，有利于平衡电力系统的负荷功率。分布式发电（dis- tributed generation, DG）技术日渐成熟，对新能源并 服务管理提出更高要求。

2.1 功率跟踪

目前，较为成熟的光伏发电技术主要采用最大功率点跟踪（maximum power point tracking, MPPT）控制技术，以实现太阳能最大化消纳利用。光伏发电单元在日照强度、环境温度等外界条件变化的情况下追踪最大功率点，使光伏发电单元始终保持在最大功率点输出，实现太阳能高效利用。光伏输出P-u特性曲线如图2所示。其中Ppvmax、urefpv分别为光伏单元输出最大功率点和光伏单元输出电压参考值。

图2 光伏输出P-u特性曲线

安康地区新能源上 主要能源形式是太阳能，光伏发电受环境光照因素影响较大，安康地区多山地丘陵，对光伏电池板安装选址、采光率有一定挑战，如何在建设成本与太阳能利用率方面做好评估是研究的重中之重。

2.2 调度监控?

电力系统监测的关键是实时掌握各变、配电站运行工况和设备数据，分布式电源接入调度结构示意如图3所示，分布式电源通常以中、低压配电 形式接入大电 ，相较于传统发电单元，安康地区新能源风电光伏的接入无疑会增加电 调度监测范围，相应对防直流微电 孤岛检测技术的精准度和灵敏性要求更高，新能源调度监控方式有异于传统电 ，风力、光伏电源功率输出的间歇性会使直流微电 内部功率产生波动，进而造成直流母线电压不稳定，一旦直流母线电压波动范围超过±5%就会造成直流微电 系统崩溃，影响大电 安全可靠运行及新能源利用率。

图3 分布式电源接入调度结构示意图

2.3 继电保护

相较于传统交流大电 ，直流微电 的研究起步相对较晚，与之相对应的直流继电保护技术尚不成熟，直流继电保护设备昂贵，参数整定较为困难。光伏发电并 后故障特点、电气量都会随之变化，分布式发电单元接入方式如图4所示，可分为两种，线路中间接入和线路末端接入，分布式发电单元不同的接入方式对配电 继电保护的灵敏性、选择性都会产生严重影响。

安康辖区内多采用传统电流三段式保护的单端供电干线式配电 ，分布式发电单元的接入使测量阻抗增大，继电保护范围缩小，易引起继电保护系统误动和拒动。须研发配套的直流继电保护措施、故障检测识别技术及防孤岛保护，以便在直流微电 发生故障时，快速识别故障点并切除并 模式，实现直流微电 孤岛运行，保证区域用户供电的连续性和可靠性。如何建设更加坚强可靠的直流微电 ，对直流继电保护技术的研究提出更高的要求。

图4 分布式发电单元接入方式

2.4 电能质量

光伏发电的随机性和间歇性会造成电 功率波动，影响电能质量。为有效将光伏太阳能接入大电 ，通常还须凭借并 逆变器实现电能转换，将光伏发出的直流电转换成交流电，此过程中由于并 逆变器高频电力电子器件的高速导通与关断会产生大量谐波，造成谐波污染，使电压、电流三相不对称，产生畸变，影响用户侧电压、电流质量，如安康高新科技城市光伏发电项目投运后，多次因供电质量而被投诉，故并 逆变器的控制性能对用户侧电能质量起着至关重要的作用。

另外，直流微电 频繁离/并 无缝切换也会对大电 造成一定冲击，如何实现直流微电 平滑切换保证电能质量，光伏并 发电技术电能质量综合分析研究不可或缺。

?3 并 逆变器控制技术

作为连接大电 与分布式能源的核心电力电子装置，并 逆变器在参与电能转换方面发挥着至关重要的作用，并 逆变器控制性能的优劣是影响光伏利用率的关键，故此节着重探讨目前国内外并 逆变器主要控制技术。从逆变器输出端滤波结构来看，LCL型并 逆变器以其优越的滤波性能而被广泛应用，其拓扑结构如图5所示。按照LCL型并 逆变器输出端控制对象来分，LCL型并 逆变器主要可分为两大类：电流控制型和电压控制型。

图5 LCL型并 逆变器拓扑

3.1 电压控制型LCL并 逆变器原理及功能

电压控制型LCL并 逆变器大多采取输出电流直接反馈控制的方法，但无法保证其电流正弦质量，逆变器输出电流易受电 谐波电压影响而产生严重畸变。近年来，电压控制型LCL并 逆变器主要以虚拟同步发电机技术为主，通过逆变器数学模型模拟同步发电机的机械方程，使其对外呈现同步发电机的外特性，以增加逆变器阻尼和惯性，由于其控制技术尚不成熟，示范工程推广应用甚少。安康地区分布式电源并 主要采用电流控制型LCL并 逆变器，因此，研究重点主要围绕电流控制型LCL并 逆变器展开。

3.2 电流控制型LCL并 逆变器原理及功能

电流控制型LCL并 逆变器一般会选择并 电流作为闭环被控量，逆变器输出表现为电流源，功率因数接近于1。将并 电流作为闭环被控量，引入滤波电容电压形成双闭环控制，双闭环控制中根据引入滤波电容电压与否，又可将电流控制型LCL并 逆变器分为两大类型：直接电流控制型和间接电流控制型。

直接电流控制型逆变器大多采用双闭环控制，以并 电流作为外环控制量，选取滤波电感电流或电容电流作为内环控制量，以增加逆变器阻尼，该控制方法可完成单位功率因数并 ，但对逆变器开关管器件应力要求较高。

双闭环直接电流控制技术成熟，据统计，安康分布式光伏电站项目中90%并 逆变器都采用该方法。间接电流双闭环控制方法也可分为两类：①为实现并 电流与电 电压间无相差控制，以并 电流峰值作为外环控制量，内环则采用LCL滤波电容电压，形成双闭环实现对并 电流间接控制；②以LCL滤波电容电压作为外环控制量，内环控制量采用逆变器侧电感电流，以优化并 逆变器动态性能。

LCL型并 逆变器虽工程化应用较多，但LCL滤波器本身属于三阶系统，自身固有谐振尖峰问题。就如何抑制谐振尖峰，国内外广大学者已做了许多研究工作，主要可分为两大类：有源阻尼法和无源阻尼法。有源阻尼法主要采取控制策略起到抑制谐振尖峰的目的，较为经济有效；而无源阻尼法主要是通过硬件电路增加电阻阻尼，此法不仅会增加经济成本且会额外增加并 逆变器功率损耗，故该法在实际工程应用中常被有源阻尼法所取代。

?4 结论