分布式電源接入配電網(wǎng)的方案選擇及應(yīng)用

皇甫超越

（江門電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東江門529000）

0 引言

開發(fā)并網(wǎng)光伏發(fā)電項(xiàng)目是實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。光伏項(xiàng)目利用當(dāng)?shù)靥柲苜Y源建設(shè)光伏電站，可以改善當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)。本文主要針對(duì)江門新會(huì)地區(qū)的一個(gè)光伏并網(wǎng)方案進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 分布式電源接入方案選擇原則和方法

1.1 電網(wǎng)安全原則

分布式電源接入不應(yīng)對(duì)現(xiàn)有配電網(wǎng)用戶正常用電帶來不良影響。在確定接入方案時(shí)，應(yīng)以配電網(wǎng)的運(yùn)行安全為前提，接入容量和接入點(diǎn)均充分考慮配電設(shè)備和用戶端電壓合格率等參數(shù)。對(duì)于三相平衡供電線路，分布式發(fā)電功率返送產(chǎn)生的電壓偏差Δu（標(biāo)幺值）如下：

式中，Pdn為返送有功功率（kW）；l為線路長度（km）；Un為額定電壓（kV）；R0為線路單位長度電阻（Ω/km）；X0為線路單位長度電抗（Ω/km）；φ為功率因數(shù)角（rad）。

可見線路截面?。▎挝婚L度阻抗大）、供電距離遠(yuǎn)易產(chǎn)生電壓越限；反之則先受到設(shè)備載流能力限制。

1.2 就地消納原則

分布式發(fā)電一般用來滿足當(dāng)?shù)刎?fù)荷供電，以減少大規(guī)模輸變電帶來的電力損耗，但功率返送會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行帶來不利影響，因此就地消納是分布式電源接入方案選擇的第二原則。在方案選擇時(shí)需盡可能精確測(cè)算發(fā)電與負(fù)荷的容量及時(shí)間特性，優(yōu)先選擇能使所發(fā)電能在本配電臺(tái)區(qū)或上一級(jí)變電站供電區(qū)域內(nèi)完全消納的方案。

1.3 就近接入和靈活接入原則

選擇確定分布式電源接入配電網(wǎng)方案是一個(gè)統(tǒng)籌分析發(fā)電與電網(wǎng)情況，互相協(xié)調(diào)、不斷適應(yīng)的過程，主要步驟如下：

（1）分析分布式電源發(fā)展規(guī)模與地域分布。如采用集中電站模式（10 kV或20 kV）接入，則初步確定電站規(guī)模和位置；如采用380 V（220 V）低壓接入，則根據(jù)發(fā)電分布和配電臺(tái)區(qū)地理劃分情況初步確定各臺(tái)區(qū)包含的分布式電源裝機(jī)容量。當(dāng)不能確定分布式發(fā)電采用何種模式接入時(shí)，可分別考慮不同方案類型。

（2）分析分布式發(fā)電的消納方式和范圍，計(jì)算校核配電網(wǎng)的適應(yīng)性。根據(jù)當(dāng)?shù)刎?fù)荷分布、特性和發(fā)電容量、特性分析接入臺(tái)區(qū)可能產(chǎn)生的最大返送功率；總發(fā)電能消納時(shí)還需計(jì)算各段線路的潮流情況并分析電壓分布；如存在較大返送功率需定量計(jì)算此時(shí)各線路的最高電壓和設(shè)備荷載情況。

（3）根據(jù)實(shí)際問題調(diào)整接入方案。當(dāng)分布式電源接入線路末端使電壓不滿足要求時(shí)可將并網(wǎng)點(diǎn)盡量向上級(jí)配電出口靠近以降低線路電壓抬升；當(dāng)設(shè)備容量不足時(shí)需調(diào)整當(dāng)前項(xiàng)目接入容量，分階段并網(wǎng)并盡快開展配電網(wǎng)擴(kuò)容改造。

在滿足電網(wǎng)安全和保證消納的基礎(chǔ)上，可利用附近配電網(wǎng)設(shè)施以靈活的方式接入，以減少接入投資和建設(shè)改造的工程量。

2 光伏電站并網(wǎng)方案應(yīng)用

本文以“新會(huì)李錦記光伏發(fā)電項(xiàng)目接入系統(tǒng)”為例描述方案選擇原則的應(yīng)用。

2.1 近區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)況和工程項(xiàng)目裝機(jī)容量制定

李錦記（新會(huì)）食品有限公司位于江門新會(huì)區(qū)，該廠區(qū)負(fù)荷約為3.9 MW，江門電網(wǎng)主要通過110 kV七堡站為其供電。該站主變?nèi)萘繛?×40 MVA，10 kV有出線8回，備用出線4回，其中有1回10 kV專線（包裝線）接入廠區(qū)包裝廠配電房10 kV母線，另有1回10 kV公用線路（南區(qū)乙線）為該廠的麻油廠和醬油廠供電。

根據(jù)現(xiàn)廠區(qū)倉庫屋頂面積約46 875.31 m2的安裝太陽能電池板位置，光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量可達(dá)3.5 MWp。整個(gè)廠區(qū)負(fù)荷約為3.9 MW，考慮0.9的同時(shí)率，最大用電負(fù)荷約為3.5 MW，本期光伏發(fā)電可以在包裝廠10 kV配電房內(nèi)全部消納，滿足光伏能源就地消納原則。

2.2 并網(wǎng)電壓等級(jí)選定

（1）110 kV電壓等級(jí)接入。若以110 kV電壓等級(jí)接入江門電網(wǎng)，光伏發(fā)電需將電壓由380 V升為110 kV后接入，再經(jīng)過變電站主變降壓為10 kV電壓為廠區(qū)負(fù)荷提供電力。從電網(wǎng)潮流來看，將形成潮流迂回現(xiàn)象，并產(chǎn)生線路和主變損耗。廠區(qū)內(nèi)建設(shè)110 kV升壓站，則增加建站費(fèi)用，總投資較大。該方案不可行。

（2）10 kV電壓等級(jí)接入。本期光伏發(fā)電項(xiàng)目可利用現(xiàn)有10 kV包裝線專用線路上送電力，廠房屋頂光伏發(fā)電項(xiàng)目裝機(jī)容量為3.5 MWp，可以10 kV電壓等級(jí)接入包裝廠10 kV配電房。從縮短供電距離及電力接地消納的角度考慮，滿足就近接入和靈活接入原則。

2.3 短路電流計(jì)算

根據(jù)光伏發(fā)電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，七堡站10 kV側(cè)母線短路時(shí)，光伏發(fā)電至短路點(diǎn)的短路電流按照1.5倍光伏電站額定電流考慮。如表1所示，七堡站各級(jí)電壓等級(jí)短路電流均滿足要求和電網(wǎng)安全原則。

表1 2020年110 kV七堡站各級(jí)電壓短路電流計(jì)算結(jié)果

2.4 系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)項(xiàng)目的要求

2.4.1 對(duì)開關(guān)站的要求

系統(tǒng)方面對(duì)光伏發(fā)電開關(guān)站變壓器參數(shù)的選擇不做特殊要求，但變壓器容量選擇須滿足機(jī)組電力全部送出要求。

2.4.2 并網(wǎng)保護(hù)功能

作為接入電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備，項(xiàng)目逆變器應(yīng)保證并網(wǎng)運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)無沖擊、無擾動(dòng)，各功能均應(yīng)符合分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范。

（1）無沖擊、無擾動(dòng)的并網(wǎng)控制。本項(xiàng)目逆變器的核心控制采用SVPWM技術(shù)，通過檢測(cè)電網(wǎng)電壓，輸出與電網(wǎng)同頻、同相的電流，電流幅值受程序控制，與池板功率成正比。這既保證并網(wǎng)逆變器運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)電壓無沖擊、無擾動(dòng)，又保證并網(wǎng)電流低諧波和高功率因數(shù)。

（2）無直流分量、安全、抗干擾的隔離變壓器并網(wǎng)方式。每臺(tái)逆變器均配有同功率級(jí)別的隔離變壓器，逆變器通過隔離變壓器進(jìn)行并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流分量的電氣隔離，并提高逆變器并網(wǎng)安全性和抗干擾性。

（3）電網(wǎng)過壓、欠壓保護(hù)，過頻、欠頻保護(hù)。接入電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，逆變器應(yīng)停止向電網(wǎng)供電，跳開交流接觸器，并發(fā)出警示信號(hào)。

（4）恢復(fù)并網(wǎng)保護(hù)。1）因超保護(hù)閾值狀態(tài)導(dǎo)致逆變器停止向電網(wǎng)供電后，在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)到正常范圍后的20 s～5 min，逆變器不向電網(wǎng)供電。達(dá)到整定時(shí)間后，系統(tǒng)再自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)電壓、頻率、相位是否與本身的在一定范圍內(nèi)一致。如果一致，自動(dòng)控制交流接觸器合閘，重新與系統(tǒng)并網(wǎng)。2）當(dāng)本系統(tǒng)沒有能量輸出，不能對(duì)外供電時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)跳開交流接觸器，這樣可減少隔離變壓器的不必要電能損耗。

（5）防孤島效應(yīng)保護(hù)。并網(wǎng)逆變器是獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備，為保護(hù)維護(hù)人員在電網(wǎng)故障停運(yùn)時(shí)的安全，本項(xiàng)目逆變器應(yīng)提供“防孤島效應(yīng)保護(hù)”。若逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器在2 s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，并發(fā)出警示信號(hào)。

（6）諧波分量控制。并網(wǎng)發(fā)電后，將在發(fā)電段進(jìn)行諧波檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行治理，主要依靠并網(wǎng)逆變器來保證，控制產(chǎn)生的諧波分量滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

2.5 并網(wǎng)小電源對(duì)系統(tǒng)保護(hù)和監(jiān)控配置要求

根據(jù)調(diào)度要求，光伏電站及包裝廠配電房側(cè)發(fā)生短路故障時(shí)，需0 s切除故障點(diǎn)；當(dāng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，光伏發(fā)電側(cè)逆變器孤島保護(hù)及低頻低壓解列裝置需0.6 s內(nèi)與系統(tǒng)解列。考慮到系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)小電源的可能影響，提出低頻低壓解列功能的必要性。系統(tǒng)故障聯(lián)跳小電源后，可在6.5 s時(shí)間恢復(fù)并網(wǎng)。七堡站110 kV備自投動(dòng)作，需考慮切除小電源，因此本期工程當(dāng)110 kV備自投動(dòng)作時(shí)需提供跳閘信號(hào)至李錦記10 kV包裝廠配電房側(cè)，跳開并網(wǎng)柜斷路器。

光伏電站和開關(guān)站實(shí)時(shí)遠(yuǎn)動(dòng)信息要求送調(diào)度SCADA/EMS系統(tǒng)，有關(guān)電度量送計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)。此外，光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)需具備有功功率控制功能、無功功率和電壓調(diào)節(jié)能力，并配置二次安防系統(tǒng)。

3 結(jié)語

本文通過分析分布式電源接入的三大原則，以光伏并網(wǎng)的案例逐一說明了原則的應(yīng)用對(duì)方案制定的影響，分別就裝機(jī)容量、接入點(diǎn)短路容量計(jì)算、接入電壓等級(jí)合理性對(duì)比、保護(hù)配置以及監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)等方面描述了分布式變電站需要考慮的重要因素。

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