分布式太阳能发电系统接入配电网的稳定性分析与控制策略

摘要：随着太阳能利用技术的不断进步，配电网接纳了大量分布式太阳能发电系统的接入。本研究围绕其接入后的稳定性问题展开，先对系统接入现有的情况做概述，分析由发电间歇性、电压波动、保护协调等引起的稳定性难题。从发电预测优化、电压控制及保护策略优化三个维度提出控制策略，目的为提高分布式太阳能发电系统与配电网协同运行的稳定水平，推进清洁能源高效消耗，为配电网安全稳定运行提供理论与实践相关的参考内容，引导能源结构实现绿色化转变。

关键词：分布式太阳能发电系统；配电网；稳定性分析；控制策略

引言：

在全球宣传清洁能源、应对气候变化的大背景当中，作为既清洁又能再生的能源，对其开发利用关注度非常高。分布式太阳能发电系统依靠灵活、便捷等长处，以大量的规模接入配电网，为能源供应增添新动力。和传统集中式发电不一样，分布式太阳能发电具备随机性与间歇性，对配电网的稳定性造成诸多挑战。深入探究分布式太阳能发电系统接入配电网后的稳定性，然后制定合理有效的控制策略，对保障配电网的可靠运行、提高太阳能的利用效率意义非凡，也是当下电力领域的研究热门话题与关键课题。

一、分布式太阳能发电系统接入配电网概述

分布式太阳能发电系统作为推动能源转型的一股重要力量，正广泛接入配电网。该系统主要由太阳能光伏板、逆变器、控制器连同储能装置所组成。光伏板把太阳能转化成了直流电，逆变器承担着把它转换为交流电接入电网的工作，控制器助力系统实现稳定运行，储能装置会平衡发电和用电在时间方面的差值。因政策扶持而得利，分布式太阳能发电装机容量的增长十分迅猛。众多商业建筑依靠屋顶建设发电体系。鉴于太阳能呈现间歇性，发电功率出现明显的大幅波动，引发配电网潮流方向频繁出现变动，影响了电压控制、功率平衡及继电保护等相关方面，迫切需要针对性措施以维持配电网稳定运行。

二、分布式太阳能发电系统接入配电网存在的稳定性问题

（一）发电间歇性导致功率波动

分布式太阳能发电系统借助太阳能开展发电工作，而太阳能间歇性这一特性，让发电功率难以稳定输出。光照强度根据时间、天气情形动态变化，清晨时分与傍晚时候光照微弱，发电功率偏低；中午的时候光照充足，发电功率攀升至峰值；发电的这种间歇性引发功率短时间内大幅波动，为配电网的功率平衡制造极大难题。若大量分布式太阳能发电系统同时因天气变化而减少发电功率时，配电网未能及时调整其他电源的出力来弥补电力缺口[1]，会引起电力供需关系的失衡，引起系统频率出现偏差。频率不稳定可影响电力设备正常运行，如电动机转速产生晃动，引起生产效率降低，情况严重时，极有可能造成设备损坏，对整个配电网的安全稳定运行形成威胁。

（二）电压波动与越限

分布式太阳能发电系统接入到配电网的情形出现后，接入点电压易受到发电功率与负荷变化的双重作用。当发电功率处于过剩阶段，而且超出了当地负荷的实际需求范围时，剩余的电能流入配电网里，可能会造成接入点电压升高且超出允许范围。当处于用电高峰阶段，倘若分布式太阳能发电系统发电量无法达标，无法契合本地负荷的需求，配电网需从其他电源获取电能，当下接入点的电压会降低。尤其在配电网的末端部位，线路存在较大的阻抗，电压对功率变化表现出更高的敏感度，电压波动问题愈发突出。频繁出现的电压波动与越限情况会影响用户端电压质量，造成家用电器的正常工作受到阻碍，设备长期在电压异常环境下运行，使用寿命可能会缩短，降低用户的用电体验，若情况严重，会对电力系统的可靠供电形成影响。

三、提升分布式太阳能发电系统接入配电网稳定性的控制策略

（一）优化发电预测与调度

凭借大数据分析技术对多源数据加以整合，含有历史气象资料、光照强度的实时监测信息、地理数据以及分布式发电系统的过往运行资料等，依靠构建高精度发电预测模型这一途径，诸如基于机器学习的神经网络模型与时间序列分析模型，可相对精确地对未来一段时间发电功率做出预测[2]。依托神经网络模型对海量数据进行学习，可探寻出光照强度、温度等因素跟发电功率之间的复杂非线性关系，以此提高预测的精准度。

就发电调度而言，以发电预测结果为依据制定科学合理的调度计划，若预测发电功率即将升高，预先调低其他可调节电源的出力大小，为分布式太阳能发电留出一定空间；若预估发电功率有所下降，及时增添其他电源的发电电量，维系电力供需之间的平衡。组建实时监测及动态调整机制，实时跟踪发电功率的实际改变情形，若实际功率与预测值的偏差超出允许范围，迅速实施调度策略的调整。经由这种精细化的发电预测和调度工作，较大程度减少功率波动对配电网频率稳定性的影响程度，保证电力系统安全稳定地正常运行。

（二）电压控制策略

在分布式太阳能发电系统接入的节点安装无功补偿装置，就像静止无功补偿器。这些装置能依据电压的实时变动，动态调节无功输出，若电压降低了，快速向系统添加感性无功，倘若电压过高，引入感性无功。处于光伏发电量较大而引发电压上升的时段，STATCOM自动把多余无功吸收掉，把电压调节至正常数值区间。

采用可实现有载调压的变压器，其能按照电压监测结果自动调整分接头的位置，引起变压器变比的变化，从而实现配电网电压分布的优化。借助智能电表等装置实时采集用户端电压数据，靠着通信网络反馈给控制中心。若察觉到用户端电压存在异常，控制中心可借助调整分布式发电系统发电功率或负荷分配的方式来稳定电压。针对出现电压偏低现象的用户区域，合理降低该区域分布式发电系统的有功功率输出水平，降低线路损耗的数值，或者将一些非关键负荷转移至别的电压正常区域，维护用户端电压的良好质量，让电力系统实现可靠供电。

（三）完善保护策略

为顺应分布式太阳能发电系统接入后配电网故障电流分布的变化情形，应把保护策略予以完善，继而对配电网故障电流分布情形开展评估工作。凭借新的电流路径与对应大小，对保护装置整定参数做优化核算。从过流保护的角度，参考分布式电源接入后的最大与最小运行模式，重新设定动作电流与动作时间，防止因故障电流变动而出现误动作或拒动作。

采用自适应式保护技术，让保护装置能依据系统运行状态实时改变其保护动作特性。经由安装在配电网关键点位的智能传感器，实时对电流、电压等电气量的信息展开监测，利用通信网络把数据传送进保护装置。保护装置凭借这些实时数据，自动识别出故障电流的根源，判别故障的类型与位置，并迅速调节保护动作逻辑。若检测到故障电流中存在分布式电源注入成分[3]，调整保护的动作临界门槛及延时，保障精准地切除故障。增强配电网保护的可靠性及选择性，切实保证配电网于各类运行工况中安全稳定地运行，增强故障迅速切除与系统恢复的效率。

总结：

分布式太阳能发电系统与配电网实现接入，为能源转型带来机遇，但稳定性问题切不可忽视掉。以对系统接入现状的概述为基础，找出发电间歇性、电压波动与保护协调等稳定性相关难题，从发电预测、电压控制、保护策略优化这些方面去制定控制策略，可以有效增进系统稳定性。伴随技术的发展，持续完善控制策略，提升分布式太阳能发电系统与配电网的协同运行水平，会进一步推动清洁能源的高效运用，保证配电网安全、平稳、绿色的进步，对实现可持续能源目标起到助力作用。

参考文献：

[1]程传新.太阳能分布式光伏电站接入配电网继电保护配置研究[J].电力设备管理， 2023（17）：212-214.

[2]孙若宸.分布式光伏发电系统设计基础理论指导[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术， 2024（003）：000.

[3]芶大斌，何滔.分布式光伏发电系统在建筑供配电中的有效应用[J].电气应用， 2024， 43（9）：18-23.