內(nèi)蒙古魯能風(fēng)電有限公司白云風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)光一體化10MWp光伏發(fā)電項(xiàng)目電氣分析

張峰

摘要：開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能發(fā)電，對(duì)節(jié)約常規(guī)能源、保護(hù)自然環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有極為重要的意義，屬于國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。本文通過(guò)介紹光伏發(fā)電的基本原理，緊密結(jié)合內(nèi)蒙古魯能風(fēng)電有限公司白云風(fēng)電場(chǎng)的具體情況，挖掘分析內(nèi)蒙古魯能風(fēng)電有限公司白云風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)線路保護(hù)配置情況，結(jié)合光伏并網(wǎng)發(fā)電的特點(diǎn)，分析光伏發(fā)電接入對(duì)電網(wǎng)的影響，并提出解決的措施。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；繼電保護(hù)；并網(wǎng)特性；接入電網(wǎng)

為更好地支持內(nèi)蒙古政府推動(dòng)太陽(yáng)能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展，積極應(yīng)對(duì)新能源帶來(lái)的新挑戰(zhàn)，內(nèi)蒙古電力公司認(rèn)真研究太陽(yáng)能光伏發(fā)電國(guó)內(nèi)外的發(fā)展趨勢(shì)、存在的問(wèn)題、激勵(lì)政策和投資效益分析，探索電力公司參與太陽(yáng)能光伏發(fā)電的模式。[1]

一、光伏電站情況介紹

本期工程建設(shè)規(guī)模10MWp，采用“分塊發(fā)電，集中并網(wǎng)”的總體設(shè)計(jì)方案。10MWp的光伏陣列可分為10個(gè)1MWp的光伏方陣，組成10個(gè)1MWp并網(wǎng)發(fā)電單元，每個(gè)1MWp的并網(wǎng)發(fā)電單元的光伏組件都通過(guò)直流匯流裝置分別接至2臺(tái)500kW的逆變器。根據(jù)業(yè)主要求，經(jīng)0.27-0.27/35kV箱式變壓器升壓至35kV，再經(jīng)集電線路接入35kV配電裝置。工程于2014年6月開(kāi)工建設(shè)，2014年12月30日建成投產(chǎn)。

二、光伏電站保護(hù)配置

目前，我國(guó)的中低壓電網(wǎng)卞要是不接地（或經(jīng)消弧線圈接地）單側(cè)電源、輻射型供電網(wǎng)絡(luò)。變電站保護(hù)是基于斷路器的二段式電流保護(hù)，卞饋線上裝設(shè)自動(dòng)重合閘裝置，支路上裝設(shè)熔斷器。光伏發(fā)電的引入使得電網(wǎng)從傳統(tǒng)的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變成雙端甚至多端網(wǎng)絡(luò)，從而改變故障電流的大小、持續(xù)時(shí)間及其力一向，結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致斷路器保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)及失去選擇性。1 OMW，）光伏電站35kV并網(wǎng)線路配置光纖縱差保護(hù)，以光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)為卞保護(hù)，電網(wǎng)220kV變電站側(cè)以二段力一向電流保護(hù)為后備保護(hù)，1 OMW，）光伏站側(cè)以?xún)啥瘟σ幌螂娏鞅Ｗo(hù)為后備保護(hù)。光纖縱差保護(hù)電流定值按對(duì)全線故障有足夠靈敏度、并可靠躲過(guò)線路充電電容電流整定，應(yīng)分別計(jì)算各種力一式下兩個(gè)力一向的故障電流，選取最小者。注意線路兩側(cè)差動(dòng)保護(hù)定值相同。卞站后備保護(hù)采用二段力一向電流保護(hù)，[2]一段電流定值按躲線末故障整定，時(shí)間Os；二段電流定值按對(duì)線末有足夠靈敏度并與對(duì)側(cè)出線速斷配合整定，時(shí)間0. 3 s；二段電流定值按躲線路最大負(fù)荷電流，并與對(duì)側(cè)出線過(guò)流保護(hù)配合整定，時(shí)間1. 5s；力一向指向線路。1 OMW，）光伏站后備保護(hù)采用兩段力一向電流保護(hù)，一段電流定值按躲線末故障整定，時(shí)間Os；二段電流定值按躲線路最大負(fù)荷電流，并與對(duì)側(cè)出線過(guò)流保護(hù)配合整定，時(shí)間1. 8s；力一向指向線路。由于光伏發(fā)電單兀不同于火電發(fā)電機(jī)，它沒(méi)有發(fā)電機(jī)阻抗，無(wú)法計(jì)算短路電流，但是保護(hù)只配置電流電壓保護(hù)，沒(méi)有配置距離保護(hù)1 OMW，）光伏站側(cè)只整定兩段電流保護(hù)。建議對(duì)于光伏發(fā)電站的并網(wǎng)線路配置帶有距離保護(hù)的縱差保護(hù)，如圖1所不。

三、光伏電站并網(wǎng)投運(yùn)措施

中節(jié)能太陽(yáng)能德州1 OM41'，，光伏電站于2011年9月9日進(jìn)行新設(shè)備送電，1 OMW，，全部并網(wǎng)發(fā)電投入正常運(yùn)行。光伏電站采用多支路“積木式”分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)力一案，10個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電單兀分別經(jīng)過(guò)升壓變壓器并入電網(wǎng)運(yùn)行。光伏電站啟動(dòng)試運(yùn)總體可分為二個(gè)階段：分部試運(yùn)階段、整套啟動(dòng)階段和試生產(chǎn)階段。

3.1分部試運(yùn)階段

分部試運(yùn)階段是從）用母線受電開(kāi)始，到整套啟動(dòng)并網(wǎng)發(fā)電前的整個(gè)時(shí)期。其目的是使所有的光伏組件、逆變器、升壓變、高壓柜等單體和系統(tǒng)都經(jīng)過(guò)試運(yùn)，達(dá)到其設(shè)計(jì)工作性能，通過(guò)分系統(tǒng)試運(yùn)驗(yàn)收，具備參加整套啟動(dòng)并網(wǎng)發(fā)電的條件。[3]單體調(diào)試合格后，刁一能進(jìn)入分系統(tǒng)試運(yùn)。并由施工單位向調(diào)試單位辦理相應(yīng)的中間調(diào)試移交手續(xù)。必須在整套啟動(dòng)試運(yùn)前完成分部試運(yùn)、調(diào)試和整定工作，并進(jìn)行驗(yàn)收簽證，分部試運(yùn)技術(shù)資料要齊全。分部試運(yùn)期間應(yīng)進(jìn)行的卞要項(xiàng)目有：

（1））用電系統(tǒng)帶電試運(yùn)行

（2）直流及UPS系統(tǒng)試運(yùn)調(diào)試

（3）子變壓器系統(tǒng)試運(yùn)調(diào)試

（1）送配電設(shè)備系統(tǒng)試運(yùn)調(diào)試

（5）中央信號(hào)系統(tǒng)試運(yùn)調(diào)試

（6）微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試運(yùn)調(diào)試

（7）綜合保護(hù)裝置試運(yùn)調(diào)試及與并網(wǎng)線路對(duì)調(diào)

3.2整套啟動(dòng)試運(yùn)階段

整套啟動(dòng)試運(yùn)是指第一臺(tái)逆變器并網(wǎng)發(fā)電開(kāi)始，到完成全部逆變器并網(wǎng)，滿(mǎn)負(fù)荷試運(yùn)移交生產(chǎn)的試運(yùn)行階段。

啟動(dòng)順序：

（1）合上太陽(yáng)能力一陣匯流箱直流開(kāi)關(guān)；

（2）檢查直流配電柜所有直流出入電壓；

<3）合35kV光電線311負(fù)荷開(kāi)關(guān)；

（1）合#1. #2進(jìn)線301不11302高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)；

（5）合預(yù)裝變壓器高壓側(cè)負(fù)荷開(kāi)關(guān)；

（6）檢查預(yù)裝變壓器側(cè)高壓側(cè)是否有35kV電壓；

（7）合逆變器直流輸入開(kāi)關(guān)；

（8）合逆變器輸出交流開(kāi)關(guān)；

（9）從第一臺(tái)逆變器的開(kāi)關(guān)開(kāi)始合，直到合上全部逆變器的開(kāi)關(guān)；

（10）滿(mǎn)負(fù)荷試運(yùn)行。

四、光伏系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)及發(fā)電量計(jì)算

4.1光伏組件和支架形式的選擇

從轉(zhuǎn)換效率、組件性能、設(shè)備初投資幾方面綜合考慮，本工程光伏組件采用環(huán)保經(jīng)濟(jì)型240（29.5）多晶硅電池組件。支架形式采用固定式型鋼結(jié)構(gòu)。

4.2逆變器設(shè)備選型

光伏并網(wǎng)逆變器按容量大小劃分主要有336kW、250kW、500kW、630kW、1000kW等幾種容量等級(jí)，考慮逆變效率和工程節(jié)省造價(jià)，[4]工程推薦采用單臺(tái)容量為500kW的逆變器。目前國(guó)內(nèi)500kW逆變器技術(shù)已經(jīng)成熟，廣泛應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，性?xún)r(jià)比高，用戶(hù)反映良好。

逆變器按結(jié)構(gòu)分為有隔離變和無(wú)隔離變兩種。從整體造價(jià)考慮無(wú)隔離變逆變器要優(yōu)于有隔離變逆變器，且能減少每個(gè)逆變器室占地面積。因此，工程選用無(wú)隔離變逆變器。

4.3光伏陣列布置

光伏方陣采用“分塊發(fā)電，集中并網(wǎng)”的總體設(shè)計(jì)方案。10MWp的光伏陣列分為10個(gè)1MWp的光伏方陣，組成10個(gè)1MWp并網(wǎng)發(fā)電單元，每一個(gè)1MWp光伏并網(wǎng)發(fā)電單元配置一間分站房。

4.4光伏系統(tǒng)設(shè)備布置

單個(gè)支架方陣單元由40塊光伏組件組成，按2行×20列橫向放置。整個(gè)光伏陣列由1090個(gè)方陣單元組成，每109個(gè)支架方陣單元組成一個(gè)并網(wǎng)發(fā)電單元，單元容量為1046.4kWp，連接兩個(gè)并網(wǎng)逆變器，共用一臺(tái)箱式升壓變壓器，組成一個(gè)分系統(tǒng)。

4.5年上網(wǎng)發(fā)電量

用Retscreen軟件計(jì)算的年發(fā)電量是從光伏陣列到并網(wǎng)之前的，該軟件已考慮溫度對(duì)組件光電轉(zhuǎn)換效率的影響，并對(duì)逆變器的平均效率，線損等能量損耗的影響因素進(jìn)行了折減。

光伏系統(tǒng)總效率：81.4%。

首年發(fā)電量為17435462 kWh，末年發(fā)電量為14089263kWh。首，末年年等效滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)分別為1666h，1346h。光伏組件在壽命期內(nèi)平均上網(wǎng)發(fā)電量為15603858.33kWh，年等效滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行小時(shí)數(shù)為15603858.33kWh /（10464）kW≈1491.2h。

五、結(jié)論

從上述的分析可以看出，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，將給北京市電力公司和電網(wǎng)發(fā)展帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。一是對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。太陽(yáng)能發(fā)電的隨機(jī)性、間歇性是電網(wǎng)運(yùn)行控制的難點(diǎn)，同時(shí)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)明顯增大。二是對(duì)電網(wǎng)優(yōu)化配置資源的能力提出了很高的要求。北京市太陽(yáng)能資源豐富地區(qū)主要集中在延慶、密云等遠(yuǎn)郊區(qū)縣，而現(xiàn)有的電網(wǎng)資源配置能力還不能適應(yīng)清潔能源的大規(guī)模接入。三是帶來(lái)一系列需要深入研究、積極應(yīng)對(duì)的重大課題。如系統(tǒng)太陽(yáng)能發(fā)電接入問(wèn)題、上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制問(wèn)題、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制訂問(wèn)題、公司參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題等。面對(duì)新能源帶來(lái)的新挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳琨. 高校太陽(yáng)能光伏屋面電站的設(shè)計(jì)、安裝及并應(yīng)用研究[D].山東建筑大學(xué)，2013.

[2]吳達(dá)成，劉馨. 我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及分析[J]. 新材料產(chǎn)業(yè)，2011，03：2-10.

[3]劉偉銘. 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大發(fā)電量的研究[D].遼寧大學(xué)，2013.