摘要：随着全球能源危机和环境问题日益严峻，发展清洁可再生能源已成为世界各国的共识。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的绿色能源，越来越受到重视。分布式光伏发电系统由于具有清洁环保、就地消纳、投资少见效快等优点，近年来在我国得到快速发展。本文首先介绍了分布式光伏发电的特点及其在供配电系统中的应用现状。接着分析了分布式光伏接入配电网会带来的一些影响和问题，如电能质量、保护配合、无功功率平衡、孤岛效应等。进一步探讨了分布式光伏发电系统在供配电中的应用策略，包括有功－频率控制、无功－电压控制、孤岛保护等关键技术。分布式光伏作为清洁高效的能源形式，大规模接入智能供配电网，对实现电网的安全、经济、环保运行具有重要意义。

关键词：分布式光伏；供配电；并网；智能电网；协调控制

引言：传统的光伏发电以集中式大型地面电站为主，存在并网距离远、占地面积大、集中消纳难度大等问题。与之相比，分布式光伏发电系统布置在用户端，发出的电力就近消纳，具有诸多优点。一方面可以充分利用工商业屋顶和荒山荒地，不占用额外土地资源。另一方面所发电量可以就地消纳，减少电网输电损耗。同时分布式光伏规模小，投资少，见效快。此外，分布式光伏接入配电网，可以提高供电可靠性，支撑电网安全稳定。由于这些独特优势，近年来分布式光伏在我国得到快速发展。根据国家能源局数据，2021年我国新增分布式光伏装机约2967万千瓦，同比增长2.1倍，累计装机达到1.08亿千瓦，约占光伏总装机的1/3。未来，在"双碳"目标引领下，分布式光伏有望迎来更大的发展空间。然而，大规模分布式光伏接入低压配电网，对电网的规划、运行和控制提出了新的挑战。光伏出力的波动性和间歇性可能会影响电能质量和系统稳定性。频繁开断的光伏发电机也给继电保护配置带来困难。同时，逆变器大量无功功率消耗可能引起电压超限等一系列问题。因此，研究分布式光伏与供配电系统的协调控制，对于保障未来高渗透率光伏电网安全运行具有重要意义。

1 分布式光伏发电系统概述

1.1 分布式光伏的定义和特点

分布式光伏发电是指在用户侧或靠近负荷侧，配置较小容量的光伏发电系统，并在配电网中实现并网运行的发电方式。与传统的集中式光伏电站相比，分布式光伏具有以下突出特点：一是布置灵活，可充分利用工商业屋顶、未利用土地等分散式场所，不占用额外的土地资源；二是就近并网，就近消纳，所发电量可以直接供给附近用户，减少了输电损耗；三是投资规模小，项目周期短，投产见效快；四是有利于提高终端电力供应的安全性和可靠性。正是由于这些独特优势，分布式光伏近年来在全球范围内得到快速推广应用。

1.2 分布式光伏发电系统的组成和分类

分布式光伏发电系统主要由光伏方阵、并网逆变器、配电设备等组成。其中，光伏方阵由多块串并联的光伏组件构成，通过光电转换将太阳能转化为电能。并网逆变器可以将光伏方阵产生的直流电转换为符合电网要求的交流电，实现与电网的同步并网。根据并网方式不同，分布式光伏可分为单相并网和三相并网两种类型。此外，按照与用户负荷的连接方式，分布式光伏还可分为独立运行和并网运行两种形式。

1.3 分布式光伏在国内外的发展现状

近年来，在各国政府的大力支持下，全球分布式光伏发电呈现快速发展态势。据国际能源署统计，2010—2020年全球分布式光伏年均复合增长率高达34%，累计装机规模从19GW增长到244GW。德国、美国、日本是世界分布式光伏的主要市场。我国分布式光伏起步较晚但发展迅猛。"十二五"末期，国家出台分布式光伏补贴政策，拉开了行业快速发展的序幕。2021年，我国新增分布式光伏装机约30GW，同比增长2倍，累计装机达到108GW。未来，在"双碳"目标的引领下，分布式光伏在我国有望迎来更大的发展机遇。

2 分布式光伏接入对配电网的影响分析

2.1 光伏出力波动对电能质量的影响

光伏发电出力具有随机性和波动性，其功率变化会引起配电网电压、频率波动。当光伏渗透率较高时，其间歇性特性可能引起电压超限、频率偏移等问题，严重时甚至危及电网安全稳定运行。同时，光伏逆变器作为电力电子装置，其并网运行也可能引入谐波、闪变等，影响电能质量。研究表明，当分布式光伏容量达到配变容量的20%时，配电网电压合格率将显著下降。

2.2 光伏机组接入对配电网保护的影响

传统配电网大多采用单向供电的放射状结构，其潮流方向固定，继电保护比较简单。引入分布式光伏后，配电网由单电源向多电源网架转变，潮流方向和短路电流分布发生改变，给继电保护的整定和配置带来困难。例如，光伏发电机组与系统并列、解列等频繁操作，可能引起分段过电流保护的频繁动作或抖动。此外，当外部电网发生故障时，光伏机组无法提供足够的短路电流，可能影响配电保护的灵敏性和可靠性。

2.3 逆变器并网运行对无功平衡的影响

光伏发电系统通过逆变器并网，其有功出力基本上由光照强度和环境温度决定，无功出力则主要取决于逆变器控制策略。目前，大多数并网逆变器采用恒功率因数控制，无功功率输出为零。大量PV系统并网会使配电网无功严重不足，导致电压超限等问题。研究表明，当光伏渗透率超过20%时，配电网电压合格率将降至90%以下。同时，为抑制光伏出力波动引起的电压波动，逆变器需要频繁调节无功，也加剧了配电网的无功缺额。

2.4 光伏机组孤岛运行对系统的影响

孤岛效应是指当电网发生故障停电时，光伏发电机组与电网解列后，与附近负荷组成"孤岛"，单独向局部负荷供电的现象。孤岛运行会对电网的安全稳定构成严重威胁，主要表现在：一是孤岛内电压、频率难以维持，电能质量变差；二是孤岛内光伏机组容量与负荷不匹配，供需平衡难以保持；三是维修人员可能误接孤岛电源，造成安全事故；四是孤岛解列时，可能与电网失去同步，导致并网冲击。因此，必须采取有效措施，及时检测和隔离孤岛，避免其对配电网安全的威胁。

3 分布式光伏发电系统在供配电中的应用策略

3.1 有功-频率控制策略

在有功－频率控制策略中，静态P-f曲线控制是最基本和常用的方法。通过预先设定光伏逆变器有功功率与频率偏差的对应关系曲线，当系统频率偏离额定值时，逆变器根据频率偏差的大小和方向自动调整有功功率的输出，从而参与系统的一次调频过程。然而，由于光伏发电的间歇性和波动性，单纯依靠静态P-f曲线难以完全满足系统调频的需求。为了进一步提高光伏逆变器对系统频率扰动的响应能力，虚拟同步发电机（VSG）控制和虚拟惯性控制应运而生。VSG控制通过在逆变器控制器中引入同步发电机的数学模型，模拟转子运动方程和励磁调节过程，使得逆变器表现出与同步发电机相似的惯性和阻尼特性，能够自动响应频率变化，参与系统的一次调频。与静态P-f曲线相比，VSG控制能够提供更快速、更准确的频率响应，增强了系统的动态频率稳定性。虚拟惯性控制则在逆变器控制回路中引入了一个与频率变化率成正比的附加功率，通过这种方式模拟同步发电机的转动惯量，使得逆变器能够在频率骤降时快速释放有功功率，在频率骤升时迅速吸收有功功率，起到类似"惯性调频"的效果，有效抑制了频率的快速变化。虚拟惯性控制与VSG控制相比，实现原理更加简单，不需要精确建模同步发电机，易于工程应用。综合采用静态P-f曲线控制、VSG控制和虚拟惯性控制，可以从不同时间尺度上增强分布式光伏逆变器对系统频率扰动的响应能力，提高其并网运行的频率稳定性，促进大规模分布式光伏并网。

3.2 无功-电压控制策略

通过预先设定逆变器无功功率与电压偏差的对应关系曲线，当电压偏离额定值时，逆变器根据电压偏差的大小和方向自动调整无功功率的输出，从而起到抑制电压波动的作用。然而，静态曲线控制的调节速度相对较慢，难以适应光伏出力和负荷的快速变化引起的电压波动。为了进一步提高逆变器的电压调节性能，电压-无功动态曲线控制策略被提出。该策略在静态曲线的基础上，引入了与电压变化率相关的动态补偿环节，使得逆变器能够根据电压变化的速度和方向快速调节无功功率，具有更好的动态响应特性。通过合理设计动态曲线的参数，可以在保证系统稳定运行的同时，最大限度地发挥逆变器的无功调节能力，有效抑制电压波动。此外，恒无功功率控制和恒功率因数控制也是两种常见的无功－电压控制策略。恒无功功率控制通过使逆变器输出恒定的感性或容性无功功率，在一定程度上抑制了电压偏差，但调节精度和灵活性相对较差。恒功率因数控制则通过维持逆变器恒定的功率因数运行，间接实现了无功功率的调节，但调节范围受限于有功功率的大小。因此，在实际应用中，需要综合考虑各种控制策略的优缺点，根据具体的并网场景和调节需求，选择合适的控制方式，确保分布式光伏并网运行的电压稳定性。

3.3 孤岛检测与保护策略

当配电网发生故障导致光伏发电系统与电网解列时，如果光伏发电量与本地负荷恰好平衡，就可能形成"孤岛"运行。这种无控制、无保护的孤岛运行会严重威胁电网的安全稳定和设备的可靠运行。因此，必须采用可靠的孤岛检测和保护策略，及时发现和隔离孤岛，确保配电网和用户的安全。本地检测法和远程检测法是目前最常用的两大类孤岛检测方法。本地检测法通过在逆变器端监测电压、频率等关键参数的变化，利用孤岛发生时这些参数偏离正常范围的特点，实现孤岛的快速检测。其中，电压移相法和频率偏移法是两种代表性的主动检测方法，通过在逆变器控制中引入微小的电压相角或频率扰动，加速孤岛状态下电压、频率的偏移，从而缩短孤岛检测时间。但是，主动检测法可能对配电网产生一定的不利影响。远程检测法则依赖于可靠的通信信道，通过实时监测电网侧开关的状态，判断光伏系统是否与电网连接。当检测到开关断开时，即可判定光伏系统已进入孤岛状态。常见的远程检测方法包括功率线载波通信、光纤通信等。相比本地检测法，远程检测法不会对配电网产生额外的扰动，但通信可靠性和实时性是其必须解决的问题。无论采用何种孤岛检测方法，在检测到孤岛后，都需要根据孤岛运行的实际危害，及时采取相应的保护动作。对于危害严重的孤岛，必须快速切除负荷，解列光伏并恢复并网运行。对于危害较小的孤岛，可以维持短时间的孤岛运行，但需备有可靠的孤岛保护装置。此外，在孤岛解列并恢复并网时，必须严格遵循相应的重并网策略和流程，避免对配电网造成冲击，确保并网平稳进行。这就要求在制定孤岛保护策略时，全面考虑配电网的安全稳定约束，协调好"安全"与"可用"的关系。随着分布式光伏的广泛应用，孤岛效应日益凸显，亟需开展系统深入的研究，形成标准统一、可靠实用的孤岛检测与保护策略，为分布式光伏的安全并网提供坚实保障。

3.4 分布式光伏智能运维技术

传统的人工巡检和定期维护模式已难以满足大规模分布式光伏的管理需求，亟需引入先进的信息通信和人工智能技术，实现光伏电站的智能运维。这是提高分布式光伏发电效率、保障其安全稳定运行的必由之路。在通信方面，采用光纤、4G/5G等先进通信技术，构建高速、可靠、安全的"云-网-端"一体化信息采集与传输系统，是实现分布式光伏智能运维的基础。通过在逆变器、汇流箱、气象站等关键设备上部署各类传感器和智能终端，并通过通信网络实时回传数据，就可以在云端汇聚海量的光伏运行数据，进而实现对光伏电站的全面感知和掌控。海量运行数据的获取只是第一步，如何从数据中提炼有价值的信息才是智能运维的关键。这就需要综合应用物联网、大数据、机器学习等现代信息技术。通过物联网技术，可以实现对光伏电站关键设备的实时在线监测，全面采集逆变器、汇流箱的工况参数，掌握光伏电站的实时运行状态。通过大数据分析技术，可以对海量历史运行数据进行挖掘，刻画光伏电站运行的特征规律。通过机器学习算法，可以从大数据中提取故障特征，训练故障诊断模型，从而实现对光伏系统潜在故障的早期预警和定位，将被动的事后维修转变为主动的预防性维护，最大限度地减少故障停运时间，提高电站发电效益。智能运维不仅要保障光伏电站自身的安全稳定运行，更要充分发挥光伏发电的清洁能源优势，服务于配电网的优化调度。这就需要在调度层面，构建分布式光伏智能调度系统。该系统综合考虑光伏出力预测、负荷需求预测、电力市场价格等多方面因素，结合配电网的潮流约束、电压约束等，对分布式光伏进行实时优化调度，最大化光伏能源利用效率，实现配电网的经济、安全、环保运行。

结束语：分布式光伏凭借其清洁、高效、灵活等优势，在全球能源转型中扮演着日益重要的角色。但是，大规模分布式光伏接入配电网，对电能质量、继电保护、无功平衡、孤岛防御等方面提出了新的挑战。为实现分布式光伏与配电网的协调友好，需要在有功－频率控制、无功－电压控制、孤岛保护、智能运维等方面开展系统的研究，形成一套完善的并网控制策略。展望未来，分布式光伏将与智能微电网、虚拟电厂、储能系统深度融合，在智能电网中发挥更大的作用。在政策和技术的双重驱动下，分布式光伏将不断克服挑战，成为能源革命的先锋力量，为构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系做出更大贡献。

参考文献：

[1]陈登峰.分布式光伏发电系统电气设计与性能优化研究[J].光源与照明，2024，（03）：99-101.

[2]杨鹏杰，徐宇，李磊.基于分布式光伏发电接入配电网系统后对继电保护的影响研究[J].电气时代，2024，（03）：44-48.

[3]凌佳烨，顾逸清.分布式光伏发电对电网的影响与对策分析[J].集成电路应用，2024，41（02）：88-89.