配电网分布式光伏接入对系统稳定性的影响及协调控制

一、引言

在全球倡导可持续发展的大背景下，能源结构转型迫在眉睫。分布式光伏发电以其清洁、可再生、靠近负荷中心等诸多优势，在配电网中的渗透率不断攀升。据相关统计数据显示，过去十年间，全球分布式光伏装机容量年增长率超过 20% ，我国的分布式光伏发展更是迅猛，仅在2024 年，新增分布式光伏装机容量就达到了84.5GW[1]。然而，大规模分布式光伏的接入，改变了传统配电网单向潮流的特性，给配电网的稳定性带来了一系列新的挑战。深入研究分布式光伏接入对配电网稳定性的影响，并探寻有效的协调控制策略，对保障配电网安全、稳定、高效运行具有重要的现实意义。

二、分布式光伏接入对配电网稳定性的影响

2.1 电压稳定性影响

2.1.1 电压波动与越限

分布式光伏的输出功率受光照强度、温度等自然因素影响，具有较强的间歇性和波动性。以宁夏宁东光伏产业园区为例，在多云天气下，由于云层的快速移动，光照强度可能在短时间内发生大幅波动，导致分布式光伏的输出功率在数秒内变化数十千瓦甚至更多 [2]。这种功率的快速变化会引起配电网中电压的波动。当分布式光伏接入容量较大且集中在某一区域时，如果其输出功率在短时间内大幅增加，而该区域的负荷需求未能同步增加，多余的功率将导致节点电压升高，甚至超出允许的电压偏差范围，出现电压越限问题。反之，当光伏输出功率快速下降时，可能导致电压降低。

2.1.2 电压分布改变

传统配电网的电压分布呈现从电源端到负荷端逐渐降低的规律。分布式光伏接入后，改变了这种电压分布特性。在甘肃敦煌光伏基地，光伏出力较大的时段，光伏接入点及其附近节点的电压会升高，使得电压分布曲线发生畸变。例如，在该基地附近的某一10kV 配电网中，当分布式光伏接入容量达到线路总负荷的 30% 时，接入点处的电压相比接入前升高了约 3% ，且这种电压升高现象沿线路向负荷端逐渐减弱，导致线路电压分布不再符合传统的线性递减规律。这种电压分布的改变可能会影响一些对电压稳定性要求较高的设备的正常工作，如精密电子设备、工业自动化生产线等。

2.2 频率稳定性影响

2.2.1 功率缺额与频率波

分布式光伏的输出功率不稳定，当光照强度突然减弱或遭遇恶劣天气时，光伏输出功率会迅速下降，可能导致配电网出现功率缺额。由于分布式光伏本身不具备传统同步发电机的惯性，无法像同步发电机那样对频率变化提供惯性响应，配电网的频率会因此产生波动。在青海海西州的配电网中，曾因一场突如其来的沙尘暴，导致该地区分布式光伏总输出功率在短时间内下降了 80% ，系统频率瞬间下降了 0.2Hz ，对电网的安全稳定运行构成了严重威胁。

2.2.2 对传统频率调节机制的影响

传统配电网的频率调节主要依靠同步发电机的调速器和调频器来实现。分布式光伏接入后，改变了配电网的功率平衡特性，使得传统的频率调节机制难以适应。在浙江嘉兴的配电网中，分布式光伏的大规模接入减少了同步发电机的出力份额，降低了系统的惯性水平，使得系统对频率扰动的抵御能力减弱 [3]。同时，分布式光伏的输出功率不受传统频率调节信号的控制，无法主动参与系统的频率调节，进一步增加了频率调节的难度。

2.3暂态稳定性影响

2.3.1 故障电流特性改变

分布式光伏接入打破了单一方向故障电流格局，形成多电源故障电流网络。短路故障时，光伏系统会通过逆变器向故障点注入短路电流，其大小与装机容量、控制策略及故障类型相关。这导致故障电流幅值增大，可能超出继电保护设计范围，且相位特性变化使叠加方式复杂，易造成传统保护误动或拒动，延误故障隔离，扩大影响范围。

2.3.2 电压暂降与恢复

故障时，分布式光伏对电压暂降及恢复影响显著。电压暂降初期，逆变器低电压穿越能力不足会导致脱网，失去功率支撑，加大暂降深度并造成有功缺额；即使并网，输出功率也会受抑制。故障切除后，光伏功率恢复过快易引发电压波动，过慢则延缓恢复，多台无序恢复还可能形成二次扰动，影响敏感负荷正常运行。

三、分布式光伏接入配电网的协调控制策略

3.1 电压协调控制策略

3.1.1 基于逆变器的无功功率控制

光伏逆变器的无功调节是电压控制的第一道防线，可通过调节有功与无功输出比例实时调控并网点电压。电压过高时，逆变器切换至感性无功输出模式吸收多余容性无功；电压过低时，切换至容性无功输出模式补充缺额 [4]。无功功率 - 电压下垂控制应用广泛，通过设定电压偏差与无功输出的线性关系，实现多台逆变器去中心化协同控制。其响应速度达毫秒级，能有效抑制电压快速波动，为电压稳定提供基础保障。

3.1.2 有载调压变压器与电容器组协调控制

针对较大或长周期电压偏差，需联合有载调压变压器与电容器组调控。有载调压变压器通过调节分接头改变变压比，调节范围为额定电压的 ±5% 或 ±7.5% ，精度达 0.5% ，应对稳定电压偏移。电容器组投切不同容量单元注入容性无功，多组组合实现阶梯式调节 [5]。协调控制遵循“快速靠电容、稳定靠分接头”原则：电压偏差小于 2% 时优先投切电容器；偏差超 3% 或电容调节至极限时，启动有载调压变压器细调，大幅提升电压合格率。

3.2 频率协调控制策略

3.2.1 储能系统辅助频率调

储能系统以毫秒级充放电响应平抑光伏功率波动、维持频率稳定，有功率平抑和频率支撑两种模式。功率平抑时，跟踪光伏功率与预测值偏差，突增时吸收、突降时释放能量，控制波动在阈值内；频率支撑时，监测电网频率，低于额定值放电补充有功，高于时充电吸收过剩有功。锂电池储能充放电效率超 90% ，循环寿命超 3000 次，能长期稳定控制频率波动在允许范围。

3.2.2 分布式电源参与频率调节

改进光伏控制策略使其具备同步发电机频率响应特性，虚拟同步机技术是核心，通过逆变器算法模拟同步发电机惯性、阻尼和调速特性，频率下降时增加有功输出，上升时减少输出。下垂控制也广泛应用，设定频率偏差与有功输出的下垂系数，使多台电源按比例分担调节任务，避免单台过载。这些方式仅需软件升级，显著提升系统频率响应速度和抗扰动能力。

3.3 暂态稳定协调控制策略

3.3.1 改进继电保护配置与整定

分布式光伏改变故障电流特性，传统保护可能误动或拒动。自适应继电保护系统实时监测配电网拓扑和光伏容量，动态调整保护定值和逻辑。故障时快速识别电流来源和路径，区分电源侧和光伏侧故障分量，采用方向过电流保护等原理，提高保护选择性和灵敏性，避免

故障扩大。

3.3.2 分布式电源低电压穿越与快速恢复控制

低电压穿越能力是光伏在电压暂降时保持并网的关键，通过优化逆变器算法和硬件设计实现。电压暂降时，逆变器调整电流波形限制故障电流，保持与电网同步；恢复阶段采用软启动逐步增加有功，避免二次冲击。先进算法能在较深电压暂降时稳定并网，故障切除后极短时间恢复正常输出，支持系统暂态稳定，减少故障影响。

四、案例分析

4.1 江苏涟水县配电网实例

江苏涟水县分布式光伏发展迅速，截至 2024 年 12 月初，已建成 25965 座分布式光伏装置，总装机容量达 61.73 万千瓦，低压光伏规模增长显著。但大规模接入带来诸多挑战，以10 千伏陈师 112 线小延安新增接入点为例，计划接入 970 千伏安光伏时，经数字电网计算推演平台仿真，并网后电压将越上限 12.2% ，电流越上限 11.7% ，线路损耗增加 17.4% ，严重威胁电网安全。涟水县供电公司借助省级数字电网计算推演平台应对难题。针对该接入点，通过平台可视化模块进行负荷切割推演，49 秒内得出消纳方案，使线路光伏消纳能力提升23% 以上，调整后指标全部正常。应用该平台后，成功将 17 条线路反送负载率控制在 70% 以下，完成 674 台重超载变压器治理（轻重载互换 324 台、增容或新增布点 350 台），为光伏稳定接入创造了条件。

4.2 山西长治长子县配电网实例

长治市分布式光伏发展迅猛，2024 年底总接入容量达69 万千瓦，当年新增33.21 万千瓦，同比增长 139% ，给农村低压电网带来巨大压力。以长子县慈林镇南张河村为例，全村58 户，供电台区容量200 千伏安，传统低压并网模式下最大并网容量仅160 千瓦，仅能满足8 户接入，与实际需求差距大。国网长治供电公司在长子县试点“集中汇流、升压并网”新模式，由企业建设低压汇流网、升压变等设施，将电力统一升压至 10 千伏并网。和铭公司在南张河村的项目，一期 17 户 320 千瓦规模，安装 400 千伏安升压变压器，已于 1 月 7 日并网；二期预计实现整村覆盖，规模达 1.2 兆瓦。该模式成效显著，既解决了台区容量限制问题，杜绝反向重过载和过电压现象，又将村级光伏开发从千瓦级提升至兆瓦级，实现多点并网向单点并网的转变，便于管理和市场化交易。村民每户获 10800 元初装费，年租金超 2100 元，实现经济与电网稳定双赢。

4.3 协调控制策略实施效果评估

两地策略实施效果显著：电压稳定性方面，涟水县通过平台优化解决电压越限，长子县新模式杜绝过电压，均大幅提升电压合格率；频率稳定性上，虽未重点体现，但通过优化运行方式减少了功率波动影响；暂态稳定性方面，涟水县精准规划降低故障风险，长子县新模式优化故障电流路径，减少保护误动作。总体而言，因地制宜的协调控制策略，实现了高渗透率下配电网的安全稳定高效运行，为其他地区提供了借鉴。

五、结论

分布式光伏接入配电网在带来诸多优势的同时，也对配电网的稳定性产生了多方面的影响，包括电压稳定性、频率稳定性和暂态稳定性等。通过深入分析这些影响，并结合江苏、山西等地实际案例采取相应的协调控制策略，如电压协调控制、频率协调控制和暂态稳定协调控制等，可以有效提升含分布式光伏配电网的稳定性。案例分析表明，合理实施协调控制策略能够显著改善配电网的运行性能，保障电力供应的可靠性和电能质量。随着分布式光伏技术的不断发展和应用，未来还需要进一步深入研究和优化协调控制策略，以适应更加复杂的配电网运行环境，促进分布式光伏与配电网的深度融合与协同发展，为构建清洁、低碳、安全、高效的能源体系奠定坚实基础。

参考文献：

[1] 冯启帆 , 夏杨红 , 杨鹏程 , 等 . 光伏参与的配电网分布式不平衡电流补偿控制 [J/OL].电力系统自动化 ,1-16[2025-07-29].

[2] 陈蓉 ,任彦辉 , 曾子晨 . 高渗透率分布式光伏并网稳定性分析及改进控制策略 [J]. 农村电气化 ,2025,(04):57-62+38.

[3] 邹伟华 . 分布式光伏接入对配电网电压稳定性的影响 [J]. 大众用电 ,2021,36(11):76-77.

[4] 李忠连. 分布式光伏接入对配电网影响及选址定容优化研究[D]. 东北农业大学,2021.

[5] 张昕 ,魏立明 , 张师 . 光伏分布式接入对配电网电压稳定性的影响研究 [J]. 吉林电力 ,2021,49(02):12-15.D