分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

姚金玲

摘 要： 近些年來(lái)，隨著能源危機(jī)日益緊迫，光伏產(chǎn)業(yè)得到了快速發(fā)展，而分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)為最常見(jiàn)的光伏發(fā)電系統(tǒng)，且分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，對(duì)電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性等方面都可能產(chǎn)生影響。因此要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的研究和設(shè)計(jì)，希望對(duì)有關(guān)人士有所幫助。

關(guān)鍵詞： 分布式光伏發(fā)電；并網(wǎng)系統(tǒng)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、前言

我國(guó)對(duì)電力需求非常大，且在光伏發(fā)電技術(shù)上的應(yīng)用逐步走向前列，其入網(wǎng)設(shè)計(jì)等級(jí)涵蓋當(dāng)前的各個(gè)電壓等級(jí)。但是為了實(shí)現(xiàn)分布式光伏柔性并網(wǎng)，科學(xué)地制定并網(wǎng)接入方案方面的研究比較少。因此一定要加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的設(shè)計(jì)，促使其構(gòu)成一個(gè)站用電微網(wǎng)系統(tǒng)，形成一種變電站輔助設(shè)備新型高效節(jié)能用電的解決方案從而為變電站提供一個(gè)高效率、經(jīng)濟(jì)可靠的供電環(huán)境。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)及并網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn)

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)

光伏發(fā)電技術(shù)是以光生伏打效應(yīng)作為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上延伸得到的技術(shù)。太陽(yáng)能電池兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，光能由此轉(zhuǎn)換為電能，太陽(yáng)能又通過(guò)光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電力，直流檢測(cè)配電箱匯集到逆變器，直流電能轉(zhuǎn)換為交流電力，這就是光伏發(fā)電系統(tǒng)的原理。

光伏發(fā)電系統(tǒng)具有許多特點(diǎn)。系統(tǒng)由于受光照、溫度等外界環(huán)境因素影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)工作點(diǎn)變化較快；光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出是直流電，輸入側(cè)的能源功率只能被動(dòng)跟蹤當(dāng)時(shí)光照條件下的最大功率點(diǎn)，而不能主動(dòng)地在技術(shù)范圍內(nèi)調(diào)控等等，這些都是光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。

2、光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的特點(diǎn)

光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性、電能質(zhì)量和運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性都有一定的輔助作用，但是并網(wǎng)需要滿(mǎn)足條件：逆變器輸出之正弦波電流的頻率和相位需要與電網(wǎng)電壓的頻率和相位達(dá)到統(tǒng)一。就當(dāng)前的光伏發(fā)電系統(tǒng)來(lái)看，主要有兩種形式的并網(wǎng)方式：集中式并網(wǎng)和分散式并網(wǎng)。

集中式并網(wǎng)是將發(fā)出的電能都直接輸送到大電網(wǎng)中，然后大電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)配輸送給用戶(hù)，光伏發(fā)電的集中式并網(wǎng)與大電網(wǎng)間的電力交換是單向的，因此比較適合離負(fù)荷點(diǎn)比較遠(yuǎn)的大型光伏電站。分散式并網(wǎng)則是將發(fā)出的電能直接分配到用電負(fù)載上，多余的或者不足的電力則是通過(guò)聯(lián)接大電網(wǎng)來(lái)調(diào)節(jié)。分散式并網(wǎng)與大電網(wǎng)間的電力交換是雙向的，因此比較適合于小規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

三、分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、設(shè)計(jì)入網(wǎng)問(wèn)題

接入電壓等級(jí)及接入變電站選擇是分布式光源并網(wǎng)的重點(diǎn)，依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司給出的分布式電源接入相關(guān)要求，從電網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案出發(fā)，綜合合理考慮周邊電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、周邊的路徑現(xiàn)狀及城市規(guī)劃布局。如本文提到的黃石鐵山光伏接入系統(tǒng)的裝機(jī)容量為50MVA，同時(shí)考慮周邊無(wú)35kV電壓等級(jí)，考慮從110kV電壓接入。黃石鐵山光伏接入系統(tǒng)周邊有2座220kV變電站、2公用3專(zhuān)用共5座110kV變電站，設(shè)計(jì)從間隔使用及擴(kuò)建角度出發(fā)，考慮了110kV、220kV變電站實(shí)際間隔情況，然后根據(jù)變電站的距離、運(yùn)行情況、線路及變電站的負(fù)載率出發(fā)。

2、設(shè)計(jì)路徑問(wèn)題

路徑選擇是接入系統(tǒng)報(bào)告面臨的一項(xiàng)重要問(wèn)題，可行的路徑及最優(yōu)的路徑方案，不僅要滿(mǎn)足國(guó)網(wǎng)要求的線路典型設(shè)計(jì)（雙聯(lián)絡(luò)、單環(huán)網(wǎng)、雙輻射等），更要使得線路設(shè)計(jì)最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，為達(dá)到以上要求，本文涉及的可研從鐵山城區(qū)通過(guò)，從導(dǎo)線選擇上可選用架空線及電纜，從線路廊道上可直接從城區(qū)主干網(wǎng)絡(luò)通過(guò)也可從山邊沿綠化道通過(guò)（線路相對(duì)前者超20%），通過(guò)技術(shù)性及經(jīng)濟(jì)性比較，最終選用了較為經(jīng)濟(jì)的架空線路，避免從城區(qū)與水網(wǎng)、石油管道及地下通信電纜相交叉現(xiàn)象。

3、繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

光伏電源的并網(wǎng)會(huì)造成電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及短路電流的大小、流向發(fā)生變化，配電網(wǎng)也從原來(lái)的單電源系統(tǒng)變成多電源系統(tǒng)。分布式電源側(cè)宜配置相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置，且配電網(wǎng)原有的系統(tǒng)保護(hù)和重合閘裝置需相應(yīng)地調(diào)整，并需要具有方向性，確保配電網(wǎng)保護(hù)能準(zhǔn)確、快速地切除故障。

（1）繼電保護(hù)配置

35/10kV電壓等級(jí)接入時(shí)，若光伏側(cè)設(shè)有母線，不必配置專(zhuān)用的母線保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)光伏的后備保護(hù)（線路保護(hù)）切除故障；并網(wǎng)點(diǎn)處需配置安全自動(dòng)裝置，若線路保護(hù)具備失壓跳閘及低壓閉鎖合閘功能，也可不配置單獨(dú)的安全自動(dòng)裝置。

專(zhuān)線接入時(shí)，線路保護(hù)需配置方向過(guò)電流保護(hù)（或距離保護(hù)，若靈敏度要求較高時(shí)，也可以配置縱差保護(hù)）。T接于配電網(wǎng)線路的分布式電源側(cè)應(yīng)配置電流速斷保護(hù)。

（2）電壓波動(dòng)率計(jì)算

光伏電源輸出功率受光照影響大，具有波動(dòng)性、間歇性的特點(diǎn)，會(huì)引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和閃變。根據(jù)Q/GDW11147-2013《分布式電源接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，光伏接入公共連接點(diǎn)造成的電壓波動(dòng)dPV不能超過(guò)5%，GB/T12326-2008《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》給出了電壓波動(dòng)率d的計(jì)算公式：d=ΔSi/Ssc

式中，ΔSi為三相負(fù)荷變化量，即指光伏工作容量，由于各電氣設(shè)備和電纜會(huì)造成電力損耗，光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率通?！?0%，因此，光伏工作容量可以按照安裝容量PCOI的0.8倍計(jì)算。Ssc為公共連接點(diǎn)在正常較小方式下的短路容量，可以按照0.7倍的最大短路容量計(jì)算。

4、光伏接入系統(tǒng)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

考慮光伏接入系統(tǒng)的穩(wěn)定計(jì)算問(wèn)題，光伏接入是否帶來(lái)電壓的異常、是否對(duì)調(diào)度的運(yùn)行產(chǎn)生大的影響等。光伏接入的電壓等級(jí)、變電站的負(fù)載能力、是否升壓、是否倒供、是否改變電壓大小等均是設(shè)計(jì)考慮的主要問(wèn)題。因光伏發(fā)電具備點(diǎn)多面廣問(wèn)題，因此在接入電網(wǎng)系統(tǒng)中不再是像發(fā)電廠那樣得升壓作為電源首端輸出電能，分布式光伏發(fā)電將根據(jù)地理優(yōu)勢(shì)，廣布點(diǎn)接入電網(wǎng)，因此電能質(zhì)量、頻率、電壓穩(wěn)定等均成為分布式電源的校驗(yàn)重點(diǎn)。本文舉例工程從220kV鐵山變?nèi)刖W(wǎng)，該220kV常供110kV電能為61.5MW，大于光伏發(fā)電的最大負(fù)荷50MW，因此在傳送時(shí)不考慮其電能送往上級(jí)情況，但在此電壓變化中，需考慮電壓由光伏側(cè)至鐵山變電站側(cè)的電壓降，對(duì)加入無(wú)功補(bǔ)償或調(diào)壓器對(duì)電壓進(jìn)行補(bǔ)償，以降低電壓波動(dòng)，滿(mǎn)足電壓電能傳送標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在設(shè)計(jì)中，電網(wǎng)的技術(shù)人員需要積極主動(dòng)探尋解決分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的方法，使系統(tǒng)并網(wǎng)后仍能保證電網(wǎng)的規(guī)范安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與光伏發(fā)電等分布式可再生能源發(fā)電的協(xié)調(diào)發(fā)展?！?/p>

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