分布式光伏發(fā)電對配電自動化的影響及應(yīng)對探討

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摘要：分布式光伏發(fā)電作為可再生資源利用的重要形式之一，如今在我國逐漸得到應(yīng)用。但其是否可以適應(yīng)配電網(wǎng)的自動化運行，仍然需要進一步的研究。本文對分布式光伏發(fā)電對配電自動化的影響作了系統(tǒng)分析，并給出了相應(yīng)的措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；影響；應(yīng)對；探討

0 引言

所謂的分布式光伏發(fā)電，指的是采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)，其遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則，是如今可再生資源利用的重要形式之一。而對于配電網(wǎng)來說，分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用對其有著一定的影響，需要我們采取有效措施做好應(yīng)對，以使兩者可以互相適應(yīng)，從而為我國配電網(wǎng)的建設(shè)帶來幫助。

1 分布式光伏接入對配電自動化影響分析

即饋線自動化影響和運行監(jiān)控影響兩個方面。

1.1 饋線自動化影響分析

饋線自動化是配電自動化系統(tǒng)的一項重要功能，已建成配電自動化系統(tǒng)采用的故障定位策略是依靠短路電流在配電網(wǎng)上的分布來進行故障定位，傳統(tǒng)故障定位原理如下：如果一個區(qū)域的一個端點上報了短路電流信息，并且該區(qū)域的其他所有端點均未上報短路電流信息，則故障在該區(qū)域內(nèi)；若其他端點中至少有一個也上報了短路電流信息，則故障不在該區(qū)域內(nèi)。

對于分布式光伏發(fā)電接入饋線的情形，當(dāng)某個區(qū)域發(fā)生故障時，除了該區(qū)域的主電源側(cè)端點會流過主網(wǎng)電源供出的短路電流以外，該區(qū)域與分布式光伏發(fā)電連接的端點也會流過相應(yīng)分布式光伏發(fā)電供出的短路電流。在配電網(wǎng)短路情況下，分布式電源對饋線和開關(guān)中流過的短路電流的影響可用圖1來說明，當(dāng)2號饋線開關(guān)B與C之間發(fā)生短路時：

（1）主電源和各個分布式光伏發(fā)電均向短路點注入短路電流，短路電流增大；

（2）短路點上游開關(guān)S2和開關(guān)B流過來自主電源、本饋線上游接入的光伏（PV2）和其他饋線上光伏（PV1和PV4）的短路電流；其中來自分布式光伏發(fā)電的短路電流使得故障段饋線電壓上升，從而導(dǎo)致主電源供出的短路電流與沒有光伏時相比有所降低。

圖1 分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)短路電流的影響

若主網(wǎng)電源供出的短路電流與分布式光伏發(fā)電供出的短路電流相差較大時，可以通過提高短路電流上報閾值，來區(qū)分主網(wǎng)電源與分布式光伏發(fā)電供出的短路電流，從而根據(jù)短路電流信息進行故障定位。當(dāng)主網(wǎng)電源與分布式光伏發(fā)電供出的短路電流相差不大時，則難以進行區(qū)分，依靠傳統(tǒng)故障定位原理進行故障定位可能發(fā)生誤判。

例如，對于圖2的情形，區(qū)域（A，B，C）內(nèi)部故障時，開關(guān)S和A流過主電源供出的短路電流，開關(guān)B、E和G流過分布式光伏發(fā)電（PV）供出的短路電流，若兩者差別較大，則可以通過設(shè)置恰當(dāng)?shù)亩搪冯娏魃蠄箝撝?，使得只有S和A上報短路電流，依據(jù)傳統(tǒng)故障定位原理可以正確判斷出故障發(fā)生在區(qū)域（A，B，C）內(nèi)。

圖2 分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的情形

若主網(wǎng)電源與分布式光伏發(fā)電（PV）兩者供出的短路電流差別不大，則難以設(shè)置出恰當(dāng)?shù)亩搪冯娏魃蠄箝撝担赡茉斐蒘、A、B、E和G均上報短路電流信息，依據(jù)傳統(tǒng)故障定位原理無法正確地判斷出故障區(qū)域。

系統(tǒng)短路容量越小、故障區(qū)域距離主電源越遠，則主電源供出的短路電流越?。还收蠀^(qū)域?qū)?cè)的分布式光伏發(fā)電容量越大、距故障點越近則分布式光伏發(fā)電供出的短路電流越大。通過對不同光伏接入容量、不同系統(tǒng)短路容量、不同導(dǎo)線型號的配電網(wǎng)短路進行仿真結(jié)果分析可知：

（1）針對電纜線路，在最不利條件下，當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入容量占負荷容量25%，供電半徑在15km以內(nèi)，或接入容量占負荷容量達到50%，供電半徑在5.9km以內(nèi)，饋線自動化不受到分布式光伏發(fā)電接入的影響，無需做調(diào)整。

（2）針對架空線路，在最不利條件下，當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入容量占負荷容量25%時，供電半徑6.3km以內(nèi)，或接入容量占負荷容量達到50%時，供電半徑1.9km以內(nèi)，饋線自動化故障定位不受到分布式光伏發(fā)電接入的影響，無需做調(diào)整。

一般城市配網(wǎng)電纜饋線供電半徑大部分都在5km以內(nèi)，在分布式光伏發(fā)電接入容量不超過饋線載流量25%的條件下，各公司的電纜饋線基本都能滿足傳統(tǒng)故障定位規(guī)則要求。

針對供電半徑較長的架空線路則可能出現(xiàn)傳統(tǒng)故障定位原理不能適應(yīng)的情況，需要進一步對架空線路的饋線自動化功能做出調(diào)整。

1.2 運行監(jiān)控影響分析

分布式光伏發(fā)電接入電網(wǎng)還改變了配電網(wǎng)的潮流分布，影響著配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓分布。一方面，分布式光伏發(fā)電的合理配置對配電網(wǎng)的電壓具有支撐作用；另一方面，分布式光伏發(fā)電的無約束運行可能導(dǎo)致配電網(wǎng)某些節(jié)點出現(xiàn)過電壓或嚴重電壓波動。

對分布式光伏發(fā)電大量接入對配電網(wǎng)電壓偏差和電壓波動仿真結(jié)果如圖3和圖4。分析結(jié)論如下。

Y：母線電壓升，X：PV容量與短路容量比，

Y：母線電壓，X：PV容量與短路容量比

圖3 光伏容量對母線電壓抬升量及母線電壓的影響

圖4 不同光伏容量對饋線末端電壓的影響

負荷沿線遞減且分布式光伏集中于饋線末端時，對電壓越限及電壓波動的影響最突出。

對于單電源輻射式接線的配電網(wǎng)，無論分布式光伏發(fā)電電源在何處并網(wǎng)，饋線末端的電壓波動總是最大。

光伏功率波動引起的電壓波動與光伏容量和饋線長度成正比。

光伏輸出功率的變化量越大，引起相關(guān)配電線路的電壓波動越大。

2 分布式光伏接入對配電自動化應(yīng)對措施

2.1 饋線自動化應(yīng)對措施

Q/GDW480-2010《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定，非有意識孤島的分布式光伏發(fā)電必須在饋線故障后2s內(nèi)從電網(wǎng)脫離。據(jù)此，可采用分布式光伏發(fā)電脫網(wǎng)特性與重合閘的配合來消除短路電流中分布式光伏發(fā)電的影響。具體改進的策略如下。

（1）增加變電站重合閘延時時間，故障發(fā)生后2s內(nèi)，該饋線上的分布式光伏發(fā)電全部從電網(wǎng)脫離。變電站出線斷路器跳閘后經(jīng)2.5s～3.5s延時進行重合，若是永久性故障，則變電站出線斷路器再次跳閘，此時配電自動化系統(tǒng)二次采集到的故障信息就排除了分布式光伏發(fā)電的影響。

（2）配電終端上送過流信號不作保持，縮短信號保持時間在1s內(nèi)。

現(xiàn)有配電終端通常為考慮過流信號可靠上送及線路巡檢等原因，將過流信號保持較長時間（數(shù)分鐘或小時），這將影響二次過流信號的上報。需要將過流信號的保持時間縮短或不作保持，但要保證信號的可靠上送。

主站故障處理功能需要增加對兩次過流信號的疊加分析功能。應(yīng)用于架空線路的饋線自動化，配電自動化主站故障處理功能軟件需要增加過流信號疊加分析的功能。主站將重合閘前后兩次收到的配電線路過流信號進行疊加匹配分析，對故障進行定位和分析處理。

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電接入容量超過線路容量的25%時，需要重新整定配電終端上報故障信息的閾值，提高設(shè)定值。具體整定原理如下。

設(shè)饋線末端發(fā)生兩相相間短路時的短路電流為I\"SC.min，靈敏度系數(shù)為Ks，Ks一般可取1.5～1.8，則配電終端的故障上報閾值Iset可整定為：

（1）

其中I\"SC.min考慮了分布式光伏對主電源供出的短路電流的影響。設(shè)不考慮分布式光伏時饋線末端最小兩相短路電流為ISC.min，饋線上分布式電源的額定電流為IPV，則式（1）整定計算所用的短路電流可按下式估算：

上述改進策略對于接入任意容量的分布式光伏發(fā)電的情形都適用，并且不必改變配電自動化系統(tǒng)的硬件，只需在故障處理應(yīng)用軟件中略加改動即可。

2.2 運行監(jiān)控應(yīng)對措施

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)運行擴大了配電調(diào)度運行監(jiān)控的范圍，增加了對配電網(wǎng)電壓分布監(jiān)控的要求以及對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入運行控制管理的要求，其復(fù)雜性和難度將隨著分布式光伏發(fā)電滲透率的提高而增加。

對配電自動化系統(tǒng)的運行監(jiān)控改造可以分為兩個階段實施：

（1）分布式光伏發(fā)電接入容量小于線路容量的25%時，主站系統(tǒng)增加對分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)控的基本功能。

（2）分布式光伏發(fā)電接入容量大于線路容量的25%時，需要配備分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)運行分析擴展功能。

2.2.1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)控基本功能

（1）分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)測功能

在現(xiàn)有的配網(wǎng)運行監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，增加對10kV高壓側(cè)并網(wǎng)點及380V低壓側(cè)相關(guān)光伏接入信息的監(jiān)測和控制，詳細情況如表1所示。

表1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)配電網(wǎng)新增監(jiān)控信息表

針對分布式光伏發(fā)電接入10kV配電網(wǎng)并網(wǎng)情況，按照相關(guān)技術(shù)標準和《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》要求，實時采集并網(wǎng)運行信息，主要包括并網(wǎng)點開關(guān)狀態(tài)、并網(wǎng)點電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無功功率、光伏發(fā)電量等，并上傳至相關(guān)電網(wǎng)調(diào)度部門；配置遠程遙控裝置的分布式光伏，應(yīng)能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠方控制解并列、啟停和發(fā)電功率的指令；分布式光伏發(fā)電應(yīng)裝設(shè)滿足GB/T19862《電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》要求的A級電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

針對分布式光伏發(fā)電接入380V配電網(wǎng)的情況，分布式光伏的電能計量裝置應(yīng)具備電流、電壓、電量等信息采集和三相電流不平衡監(jiān)測功能，采集數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)電網(wǎng)調(diào)度部門。

（2）分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入運行控制管理

分布式光伏發(fā)電運行方式及安全管理，實現(xiàn)光伏并網(wǎng)/退出安全操作監(jiān)視與校驗；分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)/退出管理按照并網(wǎng)調(diào)度等相關(guān)協(xié)議流程執(zhí)行。

2.2.2 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)擴展功能

（1）含分布式光伏發(fā)電的配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，會使得沿饋線的各負荷節(jié)點處的電壓有所提高，甚至某些節(jié)點的電壓會超過上限，對用戶產(chǎn)生影響；分布式光伏發(fā)電的投退，也會導(dǎo)致饋線電壓波動。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，只能在一定程度上改善配電網(wǎng)的無功不足，且有些分布式電源不但不能提供無功功率反而會消耗無功功率，含分布式光伏發(fā)電的配電網(wǎng)的無功優(yōu)化采用合適的無功控制方案實現(xiàn)配網(wǎng)節(jié)點電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，具體包括在合適的節(jié)點位置安裝合適容量的無功電源進行無功補償，降低系統(tǒng)網(wǎng)損以及對無功補償裝置的綜合優(yōu)化控制。

（2）分布式光伏發(fā)電計劃調(diào)度及功率平衡分析

分布式光伏發(fā)電大量并網(wǎng)，高滲透率情況下，分布式光伏發(fā)電計劃調(diào)度及功率平衡分析考慮到分布式電源出力的不規(guī)律性，結(jié)合發(fā)電預(yù)測以及負荷預(yù)測，以區(qū)域電量平衡為原則，制定調(diào)度周期內(nèi)各時段的分布式光伏發(fā)電功率控制策略，形成一個調(diào)度周期內(nèi)的分布式光伏發(fā)電調(diào)度計劃，并對分布式光伏發(fā)電功率計劃的下發(fā)、調(diào)整以及執(zhí)行結(jié)果監(jiān)視的進行管理。

3 結(jié)論

綜上所述，分布式光伏發(fā)電作為一種新的再生能源利用形式，其與配電網(wǎng)之間的適應(yīng)問題需要得到有效的解決。因此，我們就需要分析兩者間的影響，并采取有效措施做好控制與管理，從而促進分布式光伏發(fā)電又好又快發(fā)展。

參考文獻：

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