光伏接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響分析

周利柱

(海南電力設(shè)計(jì)研究院,海南?？?570203)

光伏接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響分析

周利柱

(海南電力設(shè)計(jì)研究院,海南?？?570203)

在全國智能電網(wǎng)發(fā)展背景下,海南省并網(wǎng)型光伏大量發(fā)展,研究光伏接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響具有重要意義。本文從電網(wǎng)運(yùn)行特性、電網(wǎng)暫態(tài)及動(dòng)態(tài)特性、電能質(zhì)量、孤島效應(yīng)、繼電保護(hù)可靠性等方面分析了光伏接入后對電網(wǎng)的影響,并從優(yōu)化光伏布點(diǎn)、改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、合理安排機(jī)組啟停、無功補(bǔ)償、保護(hù)判據(jù)優(yōu)化等方面,提出了提升光伏接入電網(wǎng)安全穩(wěn)定的相應(yīng)措施。

光伏接入 電網(wǎng)安全 穩(wěn)定影響

智能電網(wǎng)的發(fā)展以清潔、低碳、自愈為主要特征，光伏發(fā)電因其清潔高效而在智能電網(wǎng)中獲得了大規(guī)模應(yīng)用。然而，光伏能源接入電網(wǎng)后，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及其控制、電能質(zhì)量等方面也帶來一定影響，下文將就此展開討論。

1 光伏接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響

1.1 電網(wǎng)運(yùn)行特性

光伏并網(wǎng)發(fā)電量與日光照射息息相關(guān)，具有晝發(fā)夜停的特點(diǎn)，因此出力有較大幅度的波動(dòng)。同時(shí)，白天光伏發(fā)電呈現(xiàn)送端特征，夜間光伏發(fā)電呈現(xiàn)受端特征，光伏的易變性將影響電網(wǎng)潮流方向，而電網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓的方式以投切電容器和電抗器為主，系統(tǒng)潮流的反復(fù)變化給電網(wǎng)運(yùn)行和調(diào)控增加了難度。

由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具備調(diào)峰和調(diào)頻能力，這將對電網(wǎng)的早峰負(fù)荷和晚峰負(fù)荷造成沖擊。因?yàn)楣夥⒕W(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的發(fā)電能力并不能減少電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的擁有量或冗余，所以電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)準(zhǔn)備相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用機(jī)組來解決調(diào)峰問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)供電是以機(jī)組利用小時(shí)數(shù)下降為代價(jià)的。

1.2 電能質(zhì)量

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)存在大量的整流和逆變裝置，這種大功率的電力電子器件的存在，使得直流量逆變后的交流電中含有大量的高次諧波，給電網(wǎng)造成較大的諧波污染，且相對難以濾除，可能激發(fā)功率諧振，影響系統(tǒng)的電能質(zhì)量。

電流諧波對配電網(wǎng)絡(luò)和用戶的影響范圍很大，通常包含改變電壓平均值、造成電壓閃變、導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電機(jī)及發(fā)電機(jī)發(fā)熱、變壓器發(fā)熱和磁通飽和、造成保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作、對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾和系統(tǒng)噪音等。直流分量主要對配電網(wǎng)中的變壓器、電流式漏電斷路器(RCD)、電流型變壓器、計(jì)量儀表等造成不利影響，其中對電流式漏電斷路器和變壓器的影響最為不利，如造成電流式漏電斷路器誤動(dòng)作和造成變壓器磁通飽和、發(fā)熱、產(chǎn)生諧波和噪音等。

1.3 孤島效應(yīng)

光伏產(chǎn)生的孤島效應(yīng)最主要影響在配電側(cè)，孤島效應(yīng)是指當(dāng)因?yàn)楣收匣蛲ｋ姍z修等原因光伏系統(tǒng)與大電網(wǎng)脫離時(shí)，光伏系統(tǒng)可能與周圍的負(fù)載形成一個(gè)電網(wǎng)難以控制的孤島，孤島內(nèi)電壓和頻率不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)用戶負(fù)荷出現(xiàn)電能閃變。重新恢復(fù)供電時(shí)，因?yàn)橄辔徊煌蕉鴮Σ⒕W(wǎng)產(chǎn)生沖擊，給線路檢修帶來安全隱患。

1.4 繼電保護(hù)可靠性

光伏等分布式發(fā)電系統(tǒng)多接入在配電系統(tǒng)的末端，配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓等級低，除了一些零星的小電源外，基本以負(fù)荷為主，潮流方向單一，因此配電網(wǎng)內(nèi)繼電保護(hù)裝置多以過流保護(hù)為主，多不具備方向性。光伏電源的接入使得配電網(wǎng)潮流發(fā)生了一定的改變，具有了雙向流動(dòng)的可能性，傳統(tǒng)的無方向保護(hù)已經(jīng)不再適用，可能出現(xiàn)誤動(dòng)引起故障分支失電。因此，光伏并網(wǎng)必須考慮與原有的繼電保護(hù)相協(xié)調(diào)，必要情況下應(yīng)該增設(shè)方向保護(hù)。

2 提升光伏接入電網(wǎng)安全穩(wěn)定的措施分析

2.1 優(yōu)化光伏接入布點(diǎn)

光伏發(fā)電接入電網(wǎng)的末端或聯(lián)絡(luò)斷面對系統(tǒng)的影響是不同的。光伏并網(wǎng)將使接入點(diǎn)電壓升高，引起波動(dòng)或閃變。因此，應(yīng)合理優(yōu)化光伏接入布點(diǎn)，研究光伏接入系統(tǒng)后的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、光伏電站布點(diǎn)、容量優(yōu)化和微電網(wǎng)模式的設(shè)計(jì)技術(shù)，將系統(tǒng)潮流調(diào)整到最優(yōu)，提升光伏接入電網(wǎng)后系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2 改善電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

較大規(guī)模的光伏電站多位于偏遠(yuǎn)地區(qū)，距離負(fù)荷中心相對較遠(yuǎn)。如果接入的電網(wǎng)網(wǎng)架架構(gòu)較為完善，送電通道回路配合較好，光伏電站與主網(wǎng)之間電氣距離適宜，則能夠?yàn)楣夥娫唇尤胩峁?qiáng)大的電壓支撐，有助于提升主網(wǎng)對光伏能源的接納能力。

2.3 合理安排光伏接入電網(wǎng)內(nèi)同步機(jī)組開機(jī)

電網(wǎng)內(nèi)同步機(jī)組的出力與光伏能源的接納能力息息相關(guān)，如果電網(wǎng)內(nèi)同步機(jī)組的出力太大，一旦發(fā)生故障，機(jī)組在復(fù)雜的暫態(tài)過程中加速能力也大，則整個(gè)機(jī)組的暫態(tài)穩(wěn)定性較差，不利于光伏接入電網(wǎng)故障后的恢復(fù)。因此，應(yīng)該合理安排光伏接入電網(wǎng)的同步機(jī)組開機(jī)量，機(jī)組盡量保留旋備裕度，提升系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定裕度，降低故障后的電壓跌落程度。

2.4 配置無功補(bǔ)償裝置

光伏能源的波動(dòng)性較大，通過長距離線路外送時(shí)，將影響到電網(wǎng)的無功平衡，通過逆變器并網(wǎng)時(shí)還可能造成諧波污染?；诖?，電網(wǎng)應(yīng)該做好無功調(diào)節(jié)，配置無功補(bǔ)償裝置，包括在線路沿線裝設(shè)高抗、動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置SVC、可控串聯(lián)補(bǔ)償裝置等，提升光伏接入后系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)良好的無功控制與諧波抑制。

2.5 優(yōu)化繼電保護(hù)判據(jù)

針對光伏接入后對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，目前業(yè)界提出了很多新的方案和策略，目前，在優(yōu)化繼電保護(hù)判據(jù)方面的討論集中在以下兩個(gè)方面:一種是繼續(xù)沿用原有的繼電保護(hù)方法和配置，當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，采取措施消除光伏并網(wǎng)對原有繼電保護(hù)的影響。目前常用的措施是在光伏出口串聯(lián)電抗器或故障限流器，這種方法不需要更換原有的繼電保護(hù)設(shè)備，但新增的電抗器和限流器也帶來了新的成本;另一種是改進(jìn)傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方案，將原有的繼電保護(hù)更換為新的保護(hù)方法和配置，包括區(qū)域縱聯(lián)保護(hù)、區(qū)域自適應(yīng)保護(hù)、廣域保護(hù)等，雖然對傳統(tǒng)繼電保護(hù)進(jìn)行更換有一定工作量，但這些新型方向保護(hù)能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)故障時(shí)的快速、靈敏動(dòng)作。

3 結(jié)語

目前，我國在建設(shè)智能電網(wǎng)的進(jìn)程中大力提倡發(fā)展光伏，對光伏這種清潔、高效、低碳的新能源利用方興未艾，未來將會(huì)有越來越多的分布式光伏并入電網(wǎng)。因此，深入分析光伏接入對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響，有利于電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)程。

[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(dòng)化,2011,35(12):101-107．

[2]劉東冉,陳樹勇,馬敏,等.光伏發(fā)電系統(tǒng)模型綜述[J].電網(wǎng)技術(shù), 2011,35(8):47-52．