分布式光伏電站并網(wǎng)的工程應(yīng)用思路探討

摘要：隨著光伏發(fā)電技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，帶動光伏電池效率的穩(wěn)定提升，同步使得光伏電站無論是從建設(shè)速度還是建設(shè)規(guī)模的角度上來說均取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。隨著光伏電站的持續(xù)發(fā)展，為解決能源緊張問題與電力供應(yīng)需求增大問題之間的矛盾就需要以分布式光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行為核心構(gòu)建基于分布式光伏電站的并網(wǎng)運(yùn)行工程。根據(jù)這一實(shí)際情況，立足于分布式光伏電站并網(wǎng)工程的應(yīng)用，就并網(wǎng)工程建設(shè)、運(yùn)行期間所涉及到的關(guān)鍵問題進(jìn)行詳細(xì)分析與探討。

關(guān)鍵詞：分布式光伏電站；并網(wǎng)；應(yīng)用

中圖分類號：TM62 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0222-02

在能源緊張問題日益嚴(yán)峻的形勢下，太陽能所表現(xiàn)出的可再生優(yōu)勢以及清潔優(yōu)勢均是極為突出的。我國當(dāng)前太陽能資源的占有量極為豐富（據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)顯示，我國全國范圍內(nèi)年度太陽光輻射總量最高值達(dá)到了2300kW·h/m2單位以上，理論總儲量可達(dá)到147.0×1018GW·h/a）。根據(jù)該數(shù)據(jù)，可以肯定的是，我國具有發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的環(huán)境基礎(chǔ)。自20世紀(jì)70年代以來，我國開始展開光伏發(fā)電相關(guān)問題的研究，90年代后開始進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展的階段，無論是從太陽能電池還是從太陽能組件的角度上來說，其產(chǎn)量與技術(shù)性能均呈現(xiàn)出持續(xù)提升與發(fā)展的趨勢。近年來，隨著我國政府相關(guān)部門對于新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支持力度持續(xù)提升，使得光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有了積極的政策支持。而本文所研究的基于分布式光伏電站并網(wǎng)工程可以說是通過太陽能實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)支持功能的關(guān)鍵所在?，F(xiàn)針對該工程應(yīng)用的重點(diǎn)問題展開詳細(xì)分析與探討。

一、孤島問題

光伏電站的核心在于：建立在分布式電源的基礎(chǔ)之上，以并網(wǎng)逆變器裝置為載體，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。從這一角度上來說，為保障并網(wǎng)運(yùn)行下的安全性與可靠性，需要面向整個(gè)分布式光伏電站并網(wǎng)工程提供防孤島效應(yīng)保護(hù)。[1]

在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中，孤島效應(yīng)主要是指：受到電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)失壓因素的影響，光伏系統(tǒng)仍然能夠相對處于失壓狀態(tài)下，電網(wǎng)一部分線路的持續(xù)供電作業(yè)。換句話說，從電力公司供電作業(yè)的角度上來說，受到大電網(wǎng)停電等一類故障檢修因素影響，出現(xiàn)跳閘事故，處于并網(wǎng)運(yùn)行下的整個(gè)分布式光伏電站工程系統(tǒng)未能夠及時(shí)檢測停電狀態(tài)，基于安全考量，將自身與供電網(wǎng)絡(luò)整體相互切斷，從而導(dǎo)致自身無論是相對于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，還是相對于當(dāng)?shù)刎?fù)載系統(tǒng)而言均無法對其供電行為進(jìn)行控制，即形成所謂的“孤島”。

在分布式光伏電站并網(wǎng)工程建設(shè)及運(yùn)行期間產(chǎn)生孤島效應(yīng)下可能誘發(fā)的后果相對嚴(yán)重，主要涉及到以下幾個(gè)方面的問題：其一，并網(wǎng)工程孤島效應(yīng)的產(chǎn)生使得電網(wǎng)長期性地持續(xù)負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，可能對周邊人員的人身安全產(chǎn)生不良影響（主要是指孤島單位下自給供電系統(tǒng)帶電運(yùn)行的安全性隱患）；其二，并網(wǎng)工程孤島效應(yīng)的產(chǎn)生缺乏大電網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)提供環(huán)境支持，而對于以孤島為單位的自給供電系統(tǒng)而言，由于其供電電壓與供電頻率頻繁失穩(wěn)，最終致使用電設(shè)備的安全性無從保障；其三，在電網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)的情況下，既有光伏供電系統(tǒng)重新并網(wǎng)將導(dǎo)致相位不同步，從而致使電流沖擊問題表現(xiàn)更加突出；其四，并網(wǎng)工程孤島效應(yīng)的產(chǎn)生及其發(fā)展意味著孤島脫離了電力管理部門的監(jiān)督管理，致使其處于失控狀態(tài)，且潛在較大的安全隱患問題。[2]

在對該問題進(jìn)行處理的過程中，分布式光伏電站并網(wǎng)工程防孤島效應(yīng)的保護(hù)模式可以從主動式以及被動式兩個(gè)角度入手。其中，前者主要表現(xiàn)為四種方案：頻率偏離保護(hù)模式；有功功率變動保護(hù)模式；無功功率變動保護(hù)模式；電流脈沖注入引發(fā)阻抗變動保護(hù)模式。其共同點(diǎn)均在于：以檢測為手段對并網(wǎng)工程逆變器輸出功率進(jìn)行干擾。后者則主要表現(xiàn)為三種方案：電壓相位跳動保護(hù)模式；3次電壓諧波變動保護(hù)模式；頻率變化率保護(hù)模式。其共同點(diǎn)均在于：在不對輸出特性造成影響的前提下達(dá)到對輸出狀態(tài)加以檢測與保護(hù)的目的。

以上兩種防孤島效應(yīng)保護(hù)模式均具有各自獨(dú)特的優(yōu)勢，因此，建議對于分布式光伏電站并網(wǎng)工程而言，光伏系統(tǒng)至少需要滿足——主動保護(hù)模式配合——被動保護(hù)模式的綜合保護(hù)方案。在電網(wǎng)發(fā)生失壓問題的情況下，需要確保主動、被動保護(hù)模式均能夠在2.0s內(nèi)加以動作，及時(shí)斷開與電網(wǎng)連接，確保大電網(wǎng)運(yùn)行的安全可靠。[3]

二、諧波問題

在分布式光伏電站并網(wǎng)工程的運(yùn)行期間，逆變器的運(yùn)行需要建立在大量電力電子元件的支持之上完成。從并網(wǎng)工程運(yùn)行的角度上來說，在以逆變器為載體、實(shí)現(xiàn)直流至交流轉(zhuǎn)換的全過程當(dāng)中，諧波的產(chǎn)生是在所難免的問題之一。因此，并網(wǎng)工程交流電所對應(yīng)電能質(zhì)量在很大程度上會受到并網(wǎng)工程所選擇逆變器裝置質(zhì)量的影響。結(jié)合并網(wǎng)工程的實(shí)踐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，光伏并網(wǎng)電站諧波電壓以及諧波電流的允許取值水平主要受到以下幾個(gè)方面因素的影響：配電系統(tǒng)運(yùn)行特性、配電系統(tǒng)供電類型、配電系統(tǒng)所對應(yīng)負(fù)載設(shè)備運(yùn)行模式、供電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

對于本文所研究的基于分布式光伏電站的并網(wǎng)工程而言，在對系統(tǒng)諧波問題進(jìn)行分析的過程中需要嚴(yán)格遵循現(xiàn)行《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中的相關(guān)要求與規(guī)范加以落實(shí)。具體標(biāo)準(zhǔn)為：在分布式光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行過程中需要以該標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，對光伏發(fā)電站面向各個(gè)公共連接點(diǎn)所對應(yīng)注入的諧波電流數(shù)值加以限制。同時(shí)，對于諧波限制數(shù)值的特殊性要求還體現(xiàn)在：對于面向公共連接點(diǎn)所連接的偶次諧波而言，其限制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)具體在（25%*奇次諧波）的范圍之內(nèi)。[4]從供電企業(yè)的角度上來說，在整個(gè)分布式光伏電站并網(wǎng)工程投入運(yùn)行后需要定期對相關(guān)電網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)進(jìn)行測試，從而保障電壓質(zhì)量的可靠。具體而言，諧波類型、諧波次數(shù)以及電流畸變數(shù)值之間的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

三、短路比問題

對于基于分布式光伏電站的并網(wǎng)工程而言，在整個(gè)并網(wǎng)工程的運(yùn)行過程中并網(wǎng)逆變器裝置表現(xiàn)出了突出的快速調(diào)節(jié)性能優(yōu)勢。對于弱電運(yùn)行系統(tǒng)而言，逆變器裝置所表現(xiàn)出的快速調(diào)節(jié)特性導(dǎo)致電力系統(tǒng)誘發(fā)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的可能性大大提升。

從確保分布式光伏電站并網(wǎng)工程穩(wěn)定運(yùn)行的角度上來說，原則上需要最大限度地抑制分布式電網(wǎng)運(yùn)行期間可能對電網(wǎng)系統(tǒng)電壓產(chǎn)生的波動影響。結(jié)合現(xiàn)行《城市電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》中的相關(guān)要求來看，對于分布式光伏電站并網(wǎng)工程而言，對于其電源短路比取值有著明確的要求，具體的取值標(biāo)準(zhǔn)為：接入點(diǎn)短路電流相對于分布式電源機(jī)組額定電流的比值應(yīng)當(dāng)控制在10.0單位以上。[5]

四、結(jié)束語

基于分布式光伏電站的并網(wǎng)工程的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)太陽能與電能的直接轉(zhuǎn)化，對于環(huán)節(jié)當(dāng)前能源緊張問題有重要價(jià)值。相對于離網(wǎng)光伏蓄電系統(tǒng)而言，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)勢體現(xiàn)在：能夠建設(shè)在空曠場地中實(shí)現(xiàn)與高等級電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠連接，可以說，其已成為光伏發(fā)電的主流發(fā)展方向之一。本文即著眼于分布式光伏電站并網(wǎng)工程應(yīng)用問題，分別從孤島保護(hù)問題、諧波問題、以及短路比問題三個(gè)方面入手就分布式光伏電站并網(wǎng)工程應(yīng)用期間有待解決的幾點(diǎn)問題展開了詳細(xì)分析與探討，希望能夠引起各方人員的特別關(guān)注與重視。[6]

參考文獻(xiàn)：

[1]趙爭鳴，雷一，賀凡波，等.大容量并網(wǎng)光伏電站技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35（12）：101-107.

[2]李盼，吳江，管曉宏，等.分析光伏電站輸出特性的云遮擋太陽輻射模型[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，47（8）：61-67.

[3]郭康，徐玉琴，張麗，等.計(jì)及光伏電站隨機(jī)出力的配電網(wǎng)無功優(yōu)化[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（10）：53-58.

[4]王敏，宗炫君，袁越，等.含光伏電站的發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，（34）：42-49.

[5]鮑雪娜，張建成，徐明，等.基于混合儲能的并網(wǎng)光伏電站有功分級控制策略[J].電力系統(tǒng)自動化，2013，37（1）：115-121.

[6]王一波，李晶，許洪華，等.考慮電網(wǎng)安全穩(wěn)定約束的光伏電站最大安裝容量計(jì)算與分析[J].太陽能學(xué)報(bào)，2008，29（8）：971-975.

（責(zé)任編輯：王祝萍）