光伏電源接入電網(wǎng)安全技術(shù)要點(diǎn)分析

孟旻婕，孟天慧（.國網(wǎng)遼寧省電力公司大連供電公司開發(fā)區(qū)分公司，遼寧 大連 6600；.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）校區(qū)，山東 威海 6409）

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光伏電源接入電網(wǎng)安全技術(shù)要點(diǎn)分析

孟旻婕1，孟天慧2
（1.國網(wǎng)遼寧省電力公司大連供電公司開發(fā)區(qū)分公司，遼寧 大連 116600；
2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）校區(qū)，山東 威海 264209）

〔摘 要〕介紹了光伏電源接入對配電網(wǎng)電壓和頻率的影響及控制措施，分析了配電網(wǎng)故障對光伏電源的影響及控制措施，及防止光伏電源孤島運(yùn)行的對策和光伏發(fā)電諧波抑制的措施，強(qiáng)化和完善了配電網(wǎng)安全技術(shù)管理。

〔關(guān)鍵詞〕光伏電源；配電網(wǎng)；孤島效應(yīng)；逆變器；諧波

0 引言

光伏發(fā)電是一種新興的綠色能源。但當(dāng)晝夜陰晴變化時，光伏發(fā)電功率也隨之變化，這種發(fā)電功率的不穩(wěn)定性會影響接入配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。國家電網(wǎng)公司為了更好地將光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)，在技術(shù)規(guī)程、管理制度、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等方面出臺一系列相關(guān)規(guī)定，確保光伏發(fā)電并入配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。光伏發(fā)電并網(wǎng)會出現(xiàn)如下問題：

（1） 光伏發(fā)電并網(wǎng)加大了對配電網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測的難度，改變了既有的負(fù)荷增長模式，使配電網(wǎng)的改造和管理更為復(fù)雜。

（2） 光伏發(fā)電并網(wǎng)后不輸送功率時，會造成配電網(wǎng)的電壓波動；而輸送功率時，也會造成配電網(wǎng)的電壓波動。

（3） 光伏發(fā)電并網(wǎng)的重要影響是造成饋線上的電壓分布改變；并且由于光伏發(fā)電一般通過逆變器接入電網(wǎng)，電力電子器件的頻繁開通和關(guān)斷，容易產(chǎn)生諧波污染。

（4） 配網(wǎng)多為單電源放射狀結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)采用速斷、限時速斷的保護(hù)形式，不具備方向性。光伏發(fā)電并網(wǎng)注入功率會使繼電保護(hù)范圍縮?。环种Ь€路故障時，會引起繼電保護(hù)誤動作。

（5） 光伏電源接入后的配電網(wǎng)如因發(fā)生電氣故障、人為誤操作或自然災(zāi)害等而中斷供電時，用戶端的光伏電源自身脫離電網(wǎng)，會形成一個孤島運(yùn)行微電網(wǎng)。

針對光伏發(fā)電并網(wǎng)后造成的影響，應(yīng)根據(jù)并網(wǎng)光伏發(fā)電企業(yè)的規(guī)模、電壓等級、容量大小、設(shè)備特點(diǎn)，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和輸送優(yōu)質(zhì)電能。

1 光伏電源接入對配電網(wǎng)電壓和頻率的影響及控制措施

光伏發(fā)電并網(wǎng)會改變原配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。配電網(wǎng)一般呈輻射狀，電壓沿饋線潮流方向逐漸降低。接入光伏電源后，饋線上的傳輸功率減少，使沿饋線各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓被抬高，導(dǎo)致一些負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓偏移。抬高的電壓值與接入光伏電源的位置及總?cè)萘肯嚓P(guān)。光伏發(fā)電受天氣因素影響很大，具有隨機(jī)性和間歇性，在午間陽光充足時將明顯抬高接入點(diǎn)的電壓；有云層飄過時發(fā)電系統(tǒng)出力可迅速降低70 %左右，造成電壓的波動和閃變，將直接影響電網(wǎng)電壓和頻率。

為了嚴(yán)格掌控配電網(wǎng)的電壓和頻率，采取如下措施。

（1） 容量較小的電網(wǎng)接入光伏發(fā)電比過大時，調(diào)峰和調(diào)頻尤為關(guān)鍵，可采用小水電機(jī)組、小風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)峰和調(diào)頻。

（2） 當(dāng)大量光伏電源接入配電網(wǎng)時，調(diào)度應(yīng)充分考慮具有足夠的旋轉(zhuǎn)機(jī)組容量，滿足調(diào)峰和調(diào)頻的要求。

（3） 在陽光充足時段發(fā)電功率最大，而用電負(fù)荷較小時，調(diào)度應(yīng)該考慮減少旋轉(zhuǎn)機(jī)組出力，或者對抽水蓄能電廠進(jìn)行蓄水，以控制調(diào)整配電網(wǎng)電壓和頻率，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（4） 在夜間時段光伏發(fā)電有功為0，采取退出電網(wǎng)部分電容器組方式調(diào)整無功，解決配電網(wǎng)電壓偏高的問題。

（5） 光伏發(fā)電企業(yè)向調(diào)度提供光伏實(shí)際運(yùn)行在線數(shù)據(jù)，滿足供電電網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測和調(diào)控工作。

2 配電網(wǎng)故障對光伏電源的影響及控制措施

當(dāng)檢測到電網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路時，光伏電站向電網(wǎng)輸出的短路電流應(yīng)不大于額定電流的1.5倍；如未達(dá)此要求，會導(dǎo)致逆變器燒損。為有效降低配電網(wǎng)故障對光伏電站的影響，應(yīng)采取如下控制措施。

（1） 加強(qiáng)配電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，采用適當(dāng)增加鋪設(shè)電力電纜供電路徑的方式，滿足N-1供電可靠性要求；架空配電線路多采用絕緣導(dǎo)線，以降低配電網(wǎng)發(fā)生相間故障或接地故障的幾率。

（2） 選擇性能優(yōu)良的配電網(wǎng)電氣設(shè)備，全面篩查運(yùn)用中的電氣設(shè)備是否滿足運(yùn)行要求；核查配電網(wǎng)繼電保護(hù)范圍、性能、定值等是否滿足現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行要求，確保配電網(wǎng)處于安全可靠運(yùn)行狀態(tài)。

（3） 提高配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)管理精準(zhǔn)化工作能力，每年都應(yīng)對配電網(wǎng)運(yùn)行中的光伏電源進(jìn)行全面的技術(shù)監(jiān)督、用電監(jiān)察、配網(wǎng)檢測、信息反饋等工作，杜絕配電單位發(fā)生人為錯誤指揮、錯誤操作、錯誤作業(yè)、錯誤接線、錯誤整定、錯誤調(diào)度及人身觸電等事故。

（4） 積極防御外力對配電網(wǎng)的影響，調(diào)動全社會力量消除各類外力破壞因素，打造良好的配電網(wǎng)安全運(yùn)行大環(huán)境，提高配電網(wǎng)供電可靠性。

（5） 及時修訂配電網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)的各類技術(shù)規(guī)程和管理制度，提高對“新型有源”配電網(wǎng)的認(rèn)識，不斷總結(jié)“新型有源”配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提升配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行管理水平。

3 防止光伏電源孤島運(yùn)行的對策

配電網(wǎng)孤島運(yùn)行是隨時可能發(fā)生的。當(dāng)發(fā)生電氣故障、人為誤操作或自然災(zāi)害而中斷供電時，用戶端的光伏電源會脫離電網(wǎng)而形成一個公共電網(wǎng)系統(tǒng)自給供電孤島。因孤島運(yùn)行的局域微電網(wǎng)不能滿足用電客戶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，會對用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的后果：配電網(wǎng)不再能控制光伏電源狀態(tài)，電壓和頻率會產(chǎn)生大波動，而對孤島中的電力設(shè)備產(chǎn)生一定損害，同時影響配電網(wǎng)保護(hù)動作程序；并網(wǎng)系統(tǒng)在孤島狀態(tài)下單相供電，供需不平衡，會引起三相負(fù)載的欠相供電問題；電網(wǎng)恢復(fù)供電時，由于相位不同步導(dǎo)致的沖擊電流可能損壞并網(wǎng)逆變器；可能導(dǎo)致電網(wǎng)維護(hù)人員認(rèn)為已斷電而接觸孤島供電線路，引起觸電危險，造成人身傷害。

防止孤島運(yùn)行的技術(shù)管控措施有：

（1） 光伏電站必須具備快速監(jiān)測孤島的能力，其防孤島保護(hù)應(yīng)與電網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)相配合；

（2） 結(jié)合并網(wǎng)光伏發(fā)電企業(yè)設(shè)備裝置現(xiàn)狀和并網(wǎng)點(diǎn)配電網(wǎng)的接納能力，確定防止發(fā)生孤島運(yùn)行的具體技術(shù)措施；

（3） 全面提升配電網(wǎng)技術(shù)管理能力，杜絕人為因素造成的孤島運(yùn)行。加強(qiáng)配電網(wǎng)抗拒自然災(zāi)害的能力建設(shè)，以及杜絕發(fā)生作業(yè)人員過失引發(fā)的配電網(wǎng)事故；

（4） 加強(qiáng)配電網(wǎng)對光伏電源的技術(shù)監(jiān)測能力，嚴(yán)格掌控光伏發(fā)電并網(wǎng)資料審查、技術(shù)審核、工程質(zhì)量驗(yàn)收、設(shè)備檢驗(yàn)等關(guān)口。

4 光伏發(fā)電諧波抑制措施

GB/T14549—1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》對光伏發(fā)電諧波分量的要求為：逆變器在運(yùn)行時，不應(yīng)造成電壓波形過度畸變和注入電網(wǎng)過度的諧波電流。規(guī)定逆變器帶載運(yùn)行時，電壓諧波總畸變率限值是：0.38 kV為5 %，10 kV為4 %；諧波電流允許限值是：0.38 kV（基準(zhǔn)短路容量10 MVA）時，3，5，7，9次諧波分別為62，62，44，21 A；10 kV（基準(zhǔn)短路容量100 MVA）時，3，5，7，9次諧波分別為34，34，24，11 A。

光伏電站諧波的產(chǎn)生主要由逆變器、變壓器鐵芯飽和非線性等因素導(dǎo)致。逆變器產(chǎn)生的諧波主要為高次諧波。諧波會導(dǎo)致電壓、電流波形的畸變，而輸入電網(wǎng)后諧波能夠?qū)τ秒娫O(shè)備產(chǎn)生多種形式的影響：對電子器件及控制器產(chǎn)生不利影響；使電纜、變壓器、電抗器、電動機(jī)等溫度升高，加速絕緣老化，降低輸電容量或出力。

抑制光伏發(fā)電諧波的主要措施如下：

（1） 加強(qiáng)對光伏諧波的治理工作，采取有力措施加強(qiáng)并網(wǎng)光伏電源的技術(shù)監(jiān)督與管理，掌控配電網(wǎng)諧波污染源，凡超過國家、行業(yè)規(guī)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備不得并網(wǎng)使用。本著“誰干擾、誰污染，誰治理”的原則，在諧波源上采取控制措施。

（2） 采用多電平逆變器，增加換流裝置的脈沖數(shù)，平滑其波形，減少諧波?？刹捎妹}寬調(diào)制型逆變器抑制諧波，采用無源濾波或有源濾波裝置削弱諧波。

5 結(jié)束語

光伏發(fā)電為綠色清潔能源，電網(wǎng)線損較小，發(fā)電曲線為正態(tài)分布，適合國情網(wǎng)情。與旋轉(zhuǎn)發(fā)電功率特性有機(jī)結(jié)合，供電部門、光伏企業(yè)積極采取技術(shù)措施和管理措施，可確保配電網(wǎng)和光伏電源安全穩(wěn)定運(yùn)行。

收稿日期：2016-01-16。

作者簡介：

孟旻婕（1983-），女，助理經(jīng)濟(jì)師，主要從事供電、配電專業(yè)工作，email：stella1983@163.com。

孟天慧（1994-），女，本科，參加高等院校電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)習(xí)。