淺析分布式光伏電站并網(wǎng)的工程應(yīng)用

賈繼灝　馬麗麗　張大偉

摘要：太陽能作為一種隨處可得，無害無窮的新能源，理應(yīng)為人類最先考慮的方便的新能源。近年來，并網(wǎng)光伏發(fā)電站容量不斷增長，光伏產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)前發(fā)展最為迅猛的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)之一。文章針對分布式光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的技術(shù)和特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析，具有很強(qiáng)的實用性。

關(guān)鍵詞：分布式；光伏電站；接入電網(wǎng)；并網(wǎng)型光伏發(fā)電；繼電保護(hù)

中圖分類號：TM461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0131-02

光伏發(fā)電是將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電形式。光伏發(fā)電系統(tǒng)通常可分為離網(wǎng)（獨立）型光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)相連，發(fā)出的電能向電網(wǎng)輸送。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為分布式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和集中式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大類。分布式并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)就屬于微電網(wǎng)中的分布式發(fā)電，特點是光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)的電直接分配給用戶負(fù)荷，多余或不足的電力通過連接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。

1 工程規(guī)模

本工程總裝機(jī)容量為5×5MWp，預(yù)計年發(fā)電量為2948.321萬kWh。該光伏發(fā)電系統(tǒng)以380V電壓等級并網(wǎng)于臨近某110kV變電站10kV母線所用變低壓側(cè)，160kW經(jīng)直流匯流后接逆變器，并網(wǎng)于電站配電區(qū)兩臺配電變壓器低壓側(cè)0.4kV母線。儲能系統(tǒng)1套80kW/160kWh磷酸鐵銼電池經(jīng)PCS，分別并網(wǎng)于電站兩臺配電變壓器低壓側(cè)母線。每個5MWP光伏陣列均逆變升壓至10kV電壓等級，形成1路10kV交流電源線路，接至110kV變電站10kV線路上，光伏電站所發(fā)電力首先在該線路進(jìn)行消納，多余電力可以輸送至某110kV變電站10kV母線上重新分配。

2 電氣計算

2.1 最大工作電流

該工程為分布式光伏電站為太陽能電池陣列，輸出的是直流電，經(jīng)過匯流、逆變、升壓等過程之后，再連接至公用電網(wǎng)。本工程總?cè)萘繛?×5000kWp，若不考慮逆變及升壓過程中的電能損失，最大工作電流約為1443A。

2.2 短路電流

對于含有光伏電站的系統(tǒng)，發(fā)生短路故障時，故障點短路電流可以分為兩部分，一部分是由交流系統(tǒng)提供，另一部分是由光伏發(fā)電系統(tǒng)提供。對于光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的短路電流，其大小主要與光伏發(fā)電出力、逆變器參數(shù)等因素有關(guān)。根據(jù)光伏發(fā)電原理，光伏發(fā)電元件經(jīng)日照產(chǎn)生直流電，再經(jīng)過逆變器逆變?yōu)?00V交流電輸出，其發(fā)電出力值與日照等環(huán)境因素有關(guān)。由于日照等環(huán)境因素驟變的可能性很小，在短路故障發(fā)生瞬間，光伏系統(tǒng)發(fā)出的直流功率可以認(rèn)為是恒定的，逆變后的交流功率也可以認(rèn)為是恒定的。因此，發(fā)生短路后，由于母線電壓急劇下降，在功率恒定的情況下，逆變器輸出的電流將會急劇增大，直至逆變器保護(hù)動作，關(guān)閉輸出。

2.3 并列點及人工解列點

各電站并列點設(shè)在電站并網(wǎng)線路10kV側(cè)斷路器上；人工解列點設(shè)在所并變電站的所并10kV線路斷路器側(cè)。

3 繼電保護(hù)

3.1 繼電保護(hù)配置依據(jù)

根據(jù)國家電網(wǎng)發(fā)展[2009]747號《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》，《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)定》（GB/T14285-2006），并依據(jù)系統(tǒng)一次設(shè)計方案，進(jìn)行系統(tǒng)繼電保護(hù)的配置。

3.2 繼電保護(hù)及安全自動裝置

光伏電站線路側(cè)應(yīng)配置普通的微機(jī)線路保護(hù)除普通線路保護(hù)功能，相應(yīng)加裝欠壓/超壓、欠頻/超頻保護(hù)，并能接收1#電站所發(fā)跳閘命令并執(zhí)行。工程中的110kV變電站10kV線路保護(hù)側(cè)已配置微機(jī)線路保護(hù)并滿足系統(tǒng)要求，不需重新配置。T接點的高壓分支斷路器應(yīng)配置普通的過流脫扣裝置。110kV變電站主變間隙保護(hù)應(yīng)增加聯(lián)切10kV線路對側(cè)光伏電站并網(wǎng)斷路器。光伏電站以1#電站為主站，與110kV變電站中主變間隙保護(hù)裝置配合。

3.3 防孤島保護(hù)

光伏電站必須具備快速檢測孤島并立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，其防孤島保護(hù)應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)相配合。光伏電站必須設(shè)置主動和被動防孤島保護(hù)各1套。微電網(wǎng)從并網(wǎng)轉(zhuǎn)人孤島運行瞬間，流過公共連接點的功率被突然切斷，切斷前通過PCC處的功率如果是流入微電網(wǎng)的，則它就是微電網(wǎng)離網(wǎng)后的功率缺額；如果是流出微電網(wǎng)的，則它就是微電網(wǎng)離網(wǎng)后的功率盈余；大電網(wǎng)的電能供應(yīng)突然中止，微電網(wǎng)內(nèi)一般存在較大的有功功率缺額。

在離網(wǎng)運行瞬間，如果不啟用緊急控制措施，微電網(wǎng)內(nèi)部頻率將急劇下降，導(dǎo)致分布式光伏電源采取保護(hù)性的斷電措施，這使得有功功率缺額變大，加劇了頻率的下降，最終使得微電網(wǎng)崩潰。因此，要維持微電網(wǎng)較長時間的孤島運行狀態(tài)，必須在微電網(wǎng)離網(wǎng)瞬間立即采取措施，使微電網(wǎng)重新達(dá)到功率平衡狀態(tài)。

微電網(wǎng)離網(wǎng)瞬間，如果存在功率缺額，則需要立即切除全部或部分非重要的負(fù)荷、調(diào)整儲能裝置的出力，甚至切除小部分重要的負(fù)荷；如果存在功率盈余，則需要迅速減少儲能裝置的出力，甚至切除一部分逆變器。這樣，使微電網(wǎng)快速達(dá)到新的功率平衡狀態(tài)。

微電網(wǎng)離網(wǎng)瞬間內(nèi)部的功率缺額（或功率盈余）的計算方法：就是把在切斷PCC之前通過PCC流人微電網(wǎng)的功率，作為微電網(wǎng)離網(wǎng)瞬間內(nèi)部的功率缺額，PPCC以從大電網(wǎng)流人微電網(wǎng)的功率為正，流出為負(fù)。當(dāng)Pqe為正值時，表示離網(wǎng)瞬間微電網(wǎng)內(nèi)部存在功率缺額；為負(fù)值時，表示離網(wǎng)瞬間微電網(wǎng)內(nèi)部存在功率盈余。

由于儲能裝置要用于保證離網(wǎng)運行狀態(tài)下重要負(fù)荷能夠連續(xù)運行一定時間，所以在進(jìn)入離網(wǎng)運行瞬間的功率平衡控制原則是：先在假設(shè)各個儲能裝置出力為0的情況下切除非重要負(fù)荷；然后調(diào)節(jié)儲能裝置的出力；最后切除重要負(fù)荷。

4 結(jié)語

本試點工程采用分散式微電網(wǎng)，接入配電網(wǎng)時采取就地平衡原則，正常用電期間用電負(fù)荷峰值在100kW左右，此時光伏發(fā)電可部分就地被消納，光伏發(fā)電超過用電負(fù)荷，可將多余電量儲存，當(dāng)夜間用電負(fù)荷較小期間，整個系統(tǒng)用電負(fù)荷小于30kW，微電網(wǎng)離網(wǎng)運行時可使用儲存電量，當(dāng)110kV變電站全站檢修或失壓時，可為變電站充當(dāng)臨時電源，加強(qiáng)電網(wǎng)與用電側(cè)互動與管理、推進(jìn)分布式發(fā)電利用，加速智能電網(wǎng)和互動服務(wù)體系建設(shè)，節(jié)能降耗，提高能效，具有明顯的創(chuàng)新性和實用性。

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作者簡介：賈繼灝（1981—），男，河南省電力公司檢修公司工程師，研究生，研究方向：電力系統(tǒng)運行；馬麗麗（1982—），女，河南省電力公司安陽供電公司工程師，研究生，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)；張大偉（1983—），男，河南省電力公司安陽供電公司助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)一次檢修。

（責(zé)任編輯：劉 晶）