近年來，中國的光伏產業發展迅速，隨著國家對新能源產業支持力度的加大，尤其是“金太陽工程”的實施，光伏產業在政策面上將會得到更大力度的支持。根據中國2007年制定的《可再生能源中長期發展規劃》，2020年太陽能發電總容量將達180萬KW。按照最近的專家預計這一數字有望達到1000萬KW。然而由于光伏發電出力的間歇性、周期性和隨機性，加上逆變器并網、孤島效應等因素，分布式光伏電源大量接入配電網，對配電網的規劃和運行帶來了很多問題，包括電壓調整、保護配置、過電壓、電能質量、電量計量計費、供電可靠性等。為了在安全穩定的前提下盡可能多地接入分布式光伏電源，就需要考慮典型配電網可接納光伏電源的能力、電能質量約束、系統運行備用、電網穩定、保護配合等一系列問題。

一、分布式光伏電源并網運行特性及仿真內容

光伏發電系統通常分為兩大類：一是獨立光伏發電系統，二是光伏并網發電系統。獨立發電系統主要用于解決偏遠地區缺電的困境，而光伏并網發電系統由于可以并入現有的電力系統，成為了發展太陽能發電的主要選擇。據統計，全世界的平均并網光伏系統比例已達80%以上。

并網光伏系統按照接入的方式和規模又可以分為集中式光伏電站和分布式光伏電站。集中式光伏電站大多利用荒漠地區豐富和相對穩定的太陽能資源，接入高壓輸電系統并網供給遠距離負荷;分布式光伏電站主要用于就近解決用戶的用電問題，通過并網實現供電差額的補償與外送，一般單個電站容量較小，通常并入低壓配電網中。

分布式光伏發電并網系統的主要特點是所發電能直接分配到用戶負載上，多余或不足的電力通過連接電網來調節，分布式光伏發電功率是不可調度的。分布式光伏發電并網系統根據光伏電源是否被允許向主電網饋電，可分為可逆流系統與不可逆流系統。當光伏發電能力大于負載或發電時間同負荷用電時間不一致時，一般均設計成可逆流系統，以保證電能平衡，由于向電網反饋能量，可逆流系統對電能計量、保護的要求比較高;當光伏發電量始終小于或等于負荷的用電量時，可設計為不可逆流系統，使光伏電源與電網電源并聯向負載供電。

對分布式光伏并網仿真研究的內容，主要是：

1)電壓穩定性的仿真與評估;

2)基波功率潮流仿真;

3)諧波潮流仿真。測試數據表明，光伏電源輸出受天氣影響較大，在多云天氣，電源輸出功率會出現快速劇烈的變化，最大變化率超過10%的額定出力(%pe/s)，變化頻度每小時超過10次，光伏電源功率輸出最大在中午，夜間輸出為零。

由于光伏電源功率的快速隨機波動性，使廣義負荷功率波動加大，從而引起負載端電壓的不穩定。一般講，功率波動越大，功率因數越低，電壓波動越嚴重;對于同樣的功率波動和功率因數，電壓等級越低，電壓波動越嚴重。因此為了保證電壓穩定，需要對接入電網的光伏電源容量加以限制，并對接入電網的廣義負載的無功功率加以控制。電壓穩定仿真分析可以為光伏電源容量限值計算及廣義負載的無功功率控制提供依據和方法。

光伏電源輸出功率的隨機波動性使傳輸線所帶的廣義負載功率波動增大，影響電網潮流分布的合理性：即使傳輸線受端功率因數接近1且穩定，送端功率因數有時依然很低且波動較大;有時傳輸線傳輸效率低且波動較大;傳輸線送端電壓功率角也隨受端所帶的廣義負載波動而變化。基于以上問題，需對光伏電源并網容量和負荷特性進行優化控制，使功率潮流分布合理。功率潮流仿真分析可以為光伏電源并網系統的功率潮流優化控制提供依據和計算方法。

當高壓傳輸線路較長，充電功率較大時，由于光伏電源輸出功率波動性較大，致使廣義負載功率波動較大，會引起高壓傳輸線受端對送端諧波電壓的串聯諧振放大和高壓傳輸線送端諧波電流對中低壓側諧波電流的并聯諧振放大，為了減小光伏電源產生的諧波電流對電網的干擾和背景諧波電壓對負載的影響，需要對廣義負載特性和傳輸線特性進行控制。諧波潮流仿真分析可以為控制廣義負載特性和傳輸線特性提供依據。

二、含光伏電源配電網供電可靠性狀態與劃分

光伏發電是一個復雜的系統，為研究主要問題，把分布式發電系統等效為光伏陣列、控制器和并網逆變器三個部分。

1、光伏系統的狀態

光伏系統的狀態可分為：可用和不可用兩類。

(1)可用狀態：分為運行和備用兩種情況。

運行狀態：光伏發電系統處于運行狀態，根據出力的大小，可以分為全額和減額兩種狀態。全額狀態下系統處在最大出力附近;減額狀態系統處于較低水平的出力狀態，按原因分析為太陽光照低輻射引起或由部分光伏電池組件故障單獨退出運行引起。

備用狀態：系統與電網連接完好，但處于備用狀態，按照出力的能力分為全部出力可用和部分出力可用狀態。

(2)不可用狀態：又可分為資源性不可用和設備不可用兩種情況。

資源不可用：夜間狀態，由于無光照資源，系統不可用。

設備不可用：光伏發電系統發生部件的強迫停運或者計劃檢修停運，整個系統退出運行。

2、可靠性狀態的劃分

根據系統的可用性狀態劃分，如果不考慮光伏發電系統的備用情況，可將系統的狀態劃分為全額運行狀態、資源限制的減額出力狀態、設備故障的減額出力狀態和停運狀態四個狀態。

(1)全額運行狀態：光伏發電系統出力達到裝機容量的80%～90%的運行狀態歸為全額運行狀態，以裝機容量的85%出力作為其出力的平均狀態值。

(2)資源限制的減額運行狀態：光伏發電系統出力低于80%裝機容量的系統狀態都歸為資源限制的減額運行狀態，以裝機容量的50%出力作為其出力的平均狀態值。

(3)設備故障的減額運行狀態：由于部分設備故障單獨退出運行造成系統部分出力損失狀態，出力狀態值與故障情況有關。

(4)停運狀態：由于光伏發電系統的組件故障造成強迫停運、計劃性檢修造成系統的檢修停運、夜間無輻射狀態歸為停運狀態，出力狀態為0。

三、配電網接納分布式光伏電源能力分析

一般講，基于電壓偏差、電壓波動和就地消納約束條件下的典型變電站可接納分布式光伏電源的容量受公共連接點處負荷水平、負荷波動情況、負荷功率因數、光伏電源功率因數等因素的影響;如果公共連接點負荷穩定，則可接納的光伏電源容量較大：如果公共連接點負荷波動較大，公共連接點負荷波動與光伏功率波動疊加，將在公共連接點處產生較大的電壓波動，則變電站可接納光伏電源容量大大降低;對于較小容量光伏電源通過10kV饋線并網的情況，饋線負荷功率因數對光伏電源準入容量影響不大;光伏出力功率因數越接近于1(滯后)或以超前的功率因數運行有利于饋線接納更多的分布式光伏電源：饋線R/X值較小有利于饋線接納更多的分布式光伏電源;對于較大容量光伏電源通過10kV專線并網的情況，公共連接點母線負荷較重，光伏出力功率因數越接近于l(超前或滯后)、并網線路越短，越有利于變電站通過專線接納更多的分布式光伏電源。

四、結論

分布式光伏電源大量接入配電網，對配電網的規劃和運行帶來了新的要求，在配電網的規劃中要綜合考慮電能質量、保護配置、供電可靠性、電力平衡、系統接納能力、電量計量計費、信息采集等問題，做到科學、合理規劃，確保電網的安全穩定運行。