分布式光伏電源并網(wǎng)影響與應(yīng)對(duì)措施

陳沛華 趙會(huì)茹 李娜娜

（1.國(guó)網(wǎng)新疆電力公司，烏魯木齊 830063； 2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

隨著分布式電源技術(shù)的發(fā)展，在國(guó)家有關(guān)政策的支持下，分布式光伏電源將得到迅猛發(fā)展，呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

1）分布式光伏電源發(fā)展迅速，近幾年將呈爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

2）光伏電源項(xiàng)目分散多點(diǎn)并入10kV 及以下低壓用戶電網(wǎng)，單個(gè)項(xiàng)目電量小、投資小，并網(wǎng)點(diǎn)多。

3）各種技術(shù)規(guī)程和管理規(guī)定還在不斷完善過(guò)程中，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)有待總結(jié)提升。

4）分布式光伏電源的并網(wǎng)改變了原來(lái)的單電源、輻射型供電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

5）分布式光伏電源并網(wǎng)接口部分為基于電力電子技術(shù)的變流器，其特點(diǎn)決定了在外部電網(wǎng)故障時(shí)，光伏電源能夠提供的短路電流非常有限，一般不超過(guò)1.5 倍額定電流，且持續(xù)時(shí)間非常短。

1 分布式光伏電源并網(wǎng)影響分析

1.1 對(duì)檢修人身安全方面的影響

分布式光伏電源的接入使得配電網(wǎng)由傳統(tǒng)輻射式的單端網(wǎng)絡(luò)變成了一個(gè)遍布電源和用戶互聯(lián)的多端網(wǎng)絡(luò)，電力潮流也不再單向地從變電站母線流向各負(fù)荷，給配電網(wǎng)檢修帶來(lái)安全隱患，主要是在計(jì)劃停電檢修的區(qū)域內(nèi)有可能會(huì)存在“孤島”運(yùn)行的分布式光伏電源，造成反送電，從而威脅檢修人員人身安全。

1.2 低壓并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備不具備“明顯斷開(kāi)點(diǎn)”

10kV 并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置在10kV 開(kāi)關(guān)柜內(nèi)，能滿足現(xiàn)行《電力安全工作規(guī)程》關(guān)于“明顯斷開(kāi)點(diǎn)”、“驗(yàn)電”、“接地”、“掛牌”等安全措施要求。但是，220V/380V 并網(wǎng)點(diǎn)基本采用2～3 級(jí)空氣開(kāi)關(guān)，均不具備“明顯斷開(kāi)點(diǎn)”的功能，雖然可以“驗(yàn)電”但在用戶側(cè)基本不具備“接地”能力，只有向公網(wǎng)延伸至低壓環(huán)網(wǎng)柜處才能安裝“接地”，造成傳統(tǒng)要求的在檢修工作地點(diǎn)處裝設(shè)接地難以落實(shí)。

1.3 對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)自動(dòng)化的影響

1）配電網(wǎng)保護(hù)方面

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生線路故障時(shí)，由于系統(tǒng)和分布式光伏電源都會(huì)提供短路電流到故障點(diǎn)，使得配網(wǎng)中短路電流的大小、流向以及分布發(fā)生改變，此故障電流比分布式光伏電源并網(wǎng)前變小。因此，繼電保護(hù)只能檢測(cè)到系統(tǒng)提供的短路電流，降低了保護(hù)的靈敏度，嚴(yán)重時(shí)保護(hù)感受不到故障電流，造成拒動(dòng)。另外，饋線的保護(hù)將感受到分布式光伏電源提供的故障電流，由于保護(hù)不經(jīng)方向閉鎖，如果該電流足夠大，將導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

在目前分布式電源容量滲透率較低時(shí)，其接入基本上對(duì)現(xiàn)有的配電網(wǎng)保護(hù)配置保護(hù)不會(huì)造成實(shí)質(zhì)性影響，但應(yīng)對(duì)相關(guān)保護(hù)定值進(jìn)行校核。當(dāng)分布式電源滲透率較高超過(guò)一定比例時(shí)，分布式光伏電源的接入將對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)配置，特別是不帶方向電流型保護(hù)產(chǎn)生一定影響。

2）配電網(wǎng)自動(dòng)化方面

在以電力電子并網(wǎng)接口為主的配電網(wǎng)中，分布式光伏電源在失去大電網(wǎng)支撐后，需要進(jìn)行孤島區(qū)域的實(shí)時(shí)識(shí)別，防止形成非計(jì)劃孤島供電區(qū)域。由于電網(wǎng)公司不是分布式光伏電源的運(yùn)營(yíng)主體，當(dāng)分布式光伏電源大規(guī)模并入后，配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度需要從運(yùn)營(yíng)主體接入分布式光伏電源的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)和信息，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息采用優(yōu)化調(diào)度方案對(duì)分布式光伏電源有功出力和無(wú)功出力進(jìn)行控制，這就需要進(jìn)一步加強(qiáng)配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，并解決隨之而來(lái)的信息安全的問(wèn)題。

1.4 對(duì)配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響

1）系統(tǒng)電壓方面

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后，配網(wǎng)變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變了原先潮流的大小和方向，穩(wěn)態(tài)電壓也隨之變化，配電網(wǎng)饋線電壓分布變化的大小與光伏出力大小、接入地點(diǎn)相關(guān)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，分布式光伏電源輸出的無(wú)功使得饋線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓被升高，電壓升高的大小同樣與分布式光伏電源接入位置和發(fā)電出力大小相關(guān)。

根據(jù)《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中的要求，當(dāng)分布式光伏電源并網(wǎng)后，公共節(jié)點(diǎn)的電壓偏差范圍要滿足《電能質(zhì)量供電電壓偏差》（GB/T 12325—2008）規(guī)定，即：35kV 節(jié)點(diǎn)電壓正、負(fù)偏差范圍絕對(duì)值之和要小于或等于標(biāo)稱電壓的10%，20kV 及以下三相節(jié)點(diǎn)電壓偏差范圍要小于或等于標(biāo)稱電壓的±7%；220V 單相節(jié)點(diǎn)電壓偏差范圍要小于或等于標(biāo)稱電壓的+7%，-10%。

2）諧波注入方面

隨著分布式光伏電源大量并網(wǎng)，引入了大量電力電子轉(zhuǎn)換器，使得非線性負(fù)載大量增大，非線性負(fù)載又導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電流波形發(fā)生畸變，造成諧波污染。分布式光伏電源運(yùn)行方式和轉(zhuǎn)換器工作模式直接影響諧波的幅度和階次。分布式光伏電源的諧波來(lái)源包括逆變器內(nèi)部產(chǎn)生的50Hz 較差基波波形和高頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的階次諧波。當(dāng)分布式光伏電源并入較弱電網(wǎng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明顯的諧波污染，配電網(wǎng)的電壓波形、電流波形畸變難以得到補(bǔ)償。

《分布式電源接入配電網(wǎng)運(yùn)行控制規(guī)范》中規(guī)定：當(dāng)分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后，各節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量應(yīng)滿足Q/GDW 480 的要求，其互聯(lián)接口應(yīng)具備電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)和記錄功能；分布式電源接入配電網(wǎng)后，當(dāng)節(jié)點(diǎn)的電能質(zhì)量不滿足要求時(shí)，應(yīng)產(chǎn)生報(bào)警信息；以三相接入配電網(wǎng)的分布式電源，其運(yùn)行管理方應(yīng)將該信息上報(bào)至電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，以單相接入配電網(wǎng)的分布式電源，其運(yùn)行管理方應(yīng)記錄報(bào)警信息以備電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)查閱；當(dāng)接入配電網(wǎng)的分布式電源導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)電能質(zhì)量不滿足Q/GDW 480 的要求時(shí)，其運(yùn)行管理方應(yīng)采取改善電能質(zhì)量措施，在采取改善措施后仍無(wú)法滿足要求時(shí)，電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)可直接斷開(kāi)該分布式電源，分布式電源運(yùn)行管理方應(yīng)進(jìn)行整改，電能質(zhì)量滿足要求時(shí)方可重新并網(wǎng)。

1.5 分布式光伏電源運(yùn)行的安全基礎(chǔ)薄弱

分布式光伏電源的運(yùn)行監(jiān)控絕大多數(shù)都由光伏產(chǎn)權(quán)所有者管理，但管理單位普遍技術(shù)力量不高，安全運(yùn)行能力較為薄弱，安全管理較差，主要依靠廠商和電網(wǎng)公司配電網(wǎng)管理單位，而公共電網(wǎng)則是集中控制，系統(tǒng)安全管控面臨新課題。另外，還存在未向電網(wǎng)公司報(bào)裝的情況，用戶內(nèi)部安裝分布式電源的容量和并網(wǎng)計(jì)劃未經(jīng)過(guò)電網(wǎng)公司進(jìn)行方式和保護(hù)校核，不利于電網(wǎng)調(diào)度及運(yùn)行安全管理工作的開(kāi)展，對(duì)雙方安全構(gòu)成威脅。

1.6 大規(guī)模分布式光伏電源需要較高的系統(tǒng)備用

由于分布式電源并網(wǎng)，使得電力規(guī)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)、和生產(chǎn)運(yùn)行增加了很多不確定性。當(dāng)分布式光伏電源大規(guī)模發(fā)展時(shí)，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)供需負(fù)荷的變化，特別是白天難以預(yù)料光伏發(fā)電的出力，給電力平衡帶來(lái)困難，這將影響配電網(wǎng)后續(xù)規(guī)劃的準(zhǔn)確程度。由于太陽(yáng)光輻射變化的不均衡性、隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性等特點(diǎn)致使光伏電源輸出功率波動(dòng)很大，光伏電站可調(diào)可控性弱，大量分布式光伏電源并網(wǎng)后，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需要較高的發(fā)電備用容量和系統(tǒng)備用容量，隨著分布式光伏電源規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行需要研究應(yīng)對(duì)策略。

2 應(yīng)對(duì)措施

2.1 完善入網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)營(yíng)監(jiān)管

根據(jù)保證電網(wǎng)和電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的各方面要求，針對(duì)分布式光伏電源并網(wǎng)，尤其居民用戶光伏項(xiàng)目并網(wǎng)，開(kāi)展技術(shù)規(guī)定和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的深入研究。對(duì)于不同區(qū)域、不同電壓等級(jí)、不同裝機(jī)容量的光伏電源并網(wǎng)項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)新型運(yùn)行監(jiān)控信息系統(tǒng)。依托電科院強(qiáng)化分布式光伏電源并網(wǎng)前的安全性評(píng)價(jià)和技術(shù)監(jiān)督，加強(qiáng)并網(wǎng)調(diào)試檢測(cè)和電能質(zhì)量評(píng)估，對(duì)于分布式光伏電源并網(wǎng)引起電壓、電流波形畸變的項(xiàng)目，要求配備相應(yīng)治理諧波裝置，在光伏電站并網(wǎng)后開(kāi)展電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

2.2 完善相關(guān)安全規(guī)程規(guī)范

依據(jù)分布式光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，增加相關(guān)配電網(wǎng)檢修工作注意事項(xiàng)、優(yōu)化作業(yè)流程，及時(shí)修訂、健全配電運(yùn)維現(xiàn)場(chǎng)規(guī)程?？偨Y(jié)分布式光伏電源運(yùn)行安全經(jīng)驗(yàn)，研究保證安全的技術(shù)措施，完善相關(guān)配電網(wǎng)電力安全工作規(guī)程。

2.3 嚴(yán)格并網(wǎng)設(shè)備安全技術(shù)要求

1）以10kV 電壓接入電網(wǎng)的分布式光伏電源，其并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)安裝易操作、具有明顯斷開(kāi)點(diǎn)的開(kāi)斷設(shè)備，電網(wǎng)側(cè)應(yīng)能接地。

2）以220V/380V 電壓接入電網(wǎng)的分布式光伏電源，其并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)安裝易操作、具有明顯開(kāi)斷指示的開(kāi)斷設(shè)備，并建議明確要求并網(wǎng)點(diǎn)安裝具有漏電保護(hù)的開(kāi)關(guān)。

3）并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備（特別是逆變器）調(diào)試驗(yàn)收應(yīng)由具備相應(yīng)資質(zhì)單位進(jìn)行，并出具合格的報(bào)告。規(guī)范并網(wǎng)接口功能，并嚴(yán)格測(cè)試把關(guān)，防止具有離網(wǎng)運(yùn)行時(shí)誤合閘造成對(duì)外供電或非同期。

4）裝設(shè)于配電變壓器低壓母線處的反孤島裝置應(yīng)與低壓總開(kāi)關(guān)、母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)間應(yīng)具備操作閉鎖功能，并根據(jù)有關(guān)技術(shù)規(guī)定要求進(jìn)行定期核算，保證功能可靠。

2.4 規(guī)范光伏電源公用電網(wǎng)側(cè)安全管理

制定分布式光伏電源安全管理規(guī)范，進(jìn)一步明確運(yùn)行、檢修相關(guān)安全管理工作要求。

1）做好基礎(chǔ)管理工作。接入分布式電源的電網(wǎng)管理單位應(yīng)及時(shí)掌握分布式電源接入情況，核實(shí)并網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際，完善基礎(chǔ)臺(tái)賬，在分界處設(shè)置標(biāo)識(shí)，并在系統(tǒng)接線圖上清晰標(biāo)注?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備應(yīng)具有明顯操作指示，便于操作及檢查確認(rèn)，操作人員應(yīng)熟知現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和運(yùn)行方式后，確認(rèn)無(wú)誤后再進(jìn)行分布式發(fā)電設(shè)備操作。

2）規(guī)范檢修作業(yè)流程。梳理分布式光伏電源并網(wǎng)后的配電網(wǎng)檢修作業(yè)流程，明確光伏電站配合操作流程，進(jìn)行流程規(guī)范，確保日常運(yùn)維檢修作業(yè)時(shí)的人身、電網(wǎng)、設(shè)備安全。重視并網(wǎng)專用斷路器和防孤島運(yùn)行裝置的應(yīng)用和日常巡視檢查，在光伏并網(wǎng)安全運(yùn)行中發(fā)揮作用。

3）做好檢修安全措施。在有分布式電源接入的配電網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)展停電作業(yè)時(shí)，應(yīng)按照電力安全工作規(guī)程要求，在工作地段可能來(lái)電的各側(cè)落實(shí)停電、驗(yàn)電、掛地線等安全措施，將工作人員置于可靠的接地線保護(hù)范圍內(nèi)。若以空氣開(kāi)關(guān)等無(wú)明顯斷開(kāi)點(diǎn)的設(shè)備做為停電隔離點(diǎn)，則應(yīng)采取加鎖和掛牌等措施防止誤送電。在220V/380V 低壓分支線或入戶線上工作，不得直接接觸導(dǎo)線的裸露部分，并做好防止相間短路的安全措施。

4）做好停送電安全防護(hù)。電網(wǎng)側(cè)企業(yè)停電檢修，應(yīng)明確告知相關(guān)分布式光伏電源用戶停送電時(shí)間。由電網(wǎng)側(cè)企業(yè)操作的設(shè)備，應(yīng)告知分布式電源用戶，并采取加鎖、掛牌等防止誤送電措施。

2.5 做好分布式光伏電源業(yè)主方的安全管理

通過(guò)并網(wǎng)協(xié)議或供售電合同協(xié)議簽訂等手段，明確安全職責(zé)，做好對(duì)分布式光伏電源業(yè)主（運(yùn)行）單位的宣傳、培訓(xùn)工作，要求其服從調(diào)度指令，明確設(shè)備操作權(quán)限和流程，配合電網(wǎng)做好相關(guān)安全措施。在公網(wǎng)停電檢修時(shí)，不得擅自并網(wǎng)發(fā)電。

3 結(jié)論

分布式光伏電源發(fā)展迅速，有些項(xiàng)目和技術(shù)，如微電網(wǎng)相關(guān)研究還處于起步階段，相關(guān)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)等相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也都在不斷完善過(guò)程中，相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較為缺乏，在電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和安全管理上應(yīng)該引起高度重視。

[1] 國(guó)家電網(wǎng)公司.電力安全工作規(guī)程（變電部分）[M].北京: 中國(guó)電力出版社,2013.

[2] 國(guó)家電網(wǎng)公司.電力安全工作規(guī)程（配電部分）（試行）[M].北京: 中國(guó)電力出版社,2014.

[3] 陳赟.風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電并網(wǎng)問(wèn)題研究[D].上海:上海交通大學(xué),2009.

[4] 王惠祥.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究[D].杭州: 浙江大學(xué),2012.

[5] 白熊.分布式光伏電源接入配電網(wǎng)典型設(shè)計(jì)與優(yōu)化分析研究[D].北京: 華北電力大學(xué),2011.