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网及控制难度。

安康地区多山地丘陵，地理条件得天独厚，日照采光充盈，本文以安康电网为研究对象，重点探讨分布式电源光伏并网存在的系列问题和光伏并网关键技术。清洁能源有效并网可对大电网进行有效补充，优化能源供给侧结构，加快能源互联网建设步伐。

1 安康电网简介

安康电网网架结构是以330kV为依托，以110kV为骨干网架，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，安康电网并向鄂西北十堰市西北区域持续供电。

安康330kV电网由金柞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、香鹤线与陕西主电网联络。

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

截至2018年尾，安康电网已建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。安康电网基本情况见表1。

表1 安康电网基本情况

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，光伏上网率较低，仅为33.33%。光伏发电利用率偏低，形势依然严峻，光伏并网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网存在问题

可再生能源迅猛发展，促使微电网孕育而生。微电网作为有效消纳清洁能源的重要电网形式，在新能源并网过程中发挥着不可或缺的作用。分布式电源并网示意图如图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，构成简易直流微电网，实现“即插即用”。直流微电网作为能源互联网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：全部上网、全部自用和自发自用余电上网。

图1 分布式电源并网示意图

分布式光伏进出网形式灵活，可根据直流微电网功率盈缺情况工作在孤岛模式或并网模式。当直流微电网内功率盈余时，可作为电源向大电网输送功率；当直流微电网内功率出现缺额时，可作为负荷从大电网汲取功率，实现并网运行；当直流微电网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，对新能源并网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

安康地区新能源上网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、低压配电网形式接入大电网，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网调度监测范围，相应对防直流微电网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网，风力、光伏电源功率输出的间歇性会使直流微电网内部功率产生波动，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%就会造成直流微电网系统崩溃，影响大电网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网，直流微电网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。光伏发电并网后故障特点、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网继电保护的灵敏性、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网，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，以便在直流微电网发生故障时，快速识别故障点并切除并网模式，实现直流微电网孤岛运行，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网，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网功率波动，影响电能质量。为有效将光伏太阳能接入大电网，通常还须凭借并网逆变器实现电能转换，将光伏发出的直流电转换成交流电，此过程中由于并网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，故并网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，直流微电网频繁离/并网无缝切换也会对大电网造成一定冲击，如何实现直流微电网平滑切换保证电能质量，光伏并网发电技术电能质量综合分析研究不可或缺。

​3 并网逆变器控制技术

作为连接大电网与分布式能源的核心电力电子装置，并网逆变器在参与电能转换方面发挥着至关重要的作用，并网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网逆变器主要控制技术。从逆变器输出端滤波结构来看，LCL型并网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型并网逆变器输出端控制对象来分，LCL型并网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型并网逆变器拓扑

3.1 电压控制型LCL并网逆变器原理及功能

电压控制型LCL并网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网谐波电压影响而产生严重畸变。近年来，电压控制型LCL并网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网主要采用电流控制型LCL并网逆变器，因此，研究重点主要围绕电流控制型LCL并网逆变器展开。

3.2 电流控制型LCL并网逆变器原理及功能

电流控制型LCL并网逆变器一般会选择并网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。将并网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并网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，以并网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网，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%并网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为实现并网电流与电网电压间无相差控制，以并网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网电流间接控制；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，以优化并网逆变器动态性能。

LCL型并网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网逆变器功率损耗，故该法在实际工程应用中常被有源阻尼法所取代。

​4 结论

本文首先介绍了新能源发展趋势及新能源并网的重大意义，以安康电网为研究对象，就分布式光伏发电技术存在的功率跟踪控制、电网调度监控、继电保护技术、电能质量管理等四个方面的问题进行了探讨，并对目前分布式发电所用并网逆变器控制技术进行了综述，对分布式光伏电站项目建设起到一定指导作用。

本文编自2021年第10期《电气技术》，论文标题为“安康分布式电源并网关键问题研究”，作者为姚建双、贾军 等。