分布式光伏接入的配電網(wǎng)建設(shè)方法分析

曾 燕

（國網(wǎng)十堰供電公司， 湖北 十堰 442000）

引言

分布式光伏發(fā)電的特點主要體現(xiàn)在“分布式”、“大規(guī)?！?、“節(jié)能性”三方面。將其接入到高壓輸電網(wǎng)以及中低壓配電網(wǎng)中，能夠有效降低電力領(lǐng)域的成本，提高經(jīng)濟效益，達到“可持續(xù)發(fā)展”理念對電力領(lǐng)域所提出的要求。

1 分布式光伏接入工程概況

某工程位于國內(nèi)某地，截至2017年底，區(qū)域內(nèi)共建成變電站20余座，電壓等級包括500 kV（共3座）、200 kV（共15座）等。調(diào)查顯示，2016年12月—2017年12月，區(qū)域售電總量共58.96 kWh。近些年來，隨著社會各領(lǐng)域的不斷發(fā)展，用戶的用電量顯著提升，火力發(fā)電已無法滿足用戶長期的用電需求。為達到長遠發(fā)展的目的，本工程決定將分布式光伏接入配電網(wǎng)，對配電網(wǎng)進行改造。分布式光伏發(fā)電需依賴太陽能而實現(xiàn)，因此，確保區(qū)域內(nèi)太陽能充足較為重要。調(diào)查顯示，工程所處區(qū)域太陽能輻射量平均為3 415 MJ/（m2·a），利用以上太陽能發(fā)電，發(fā)電量與17 000億t煤炭的發(fā)電量相當?？梢姡搮^(qū)域通過分布式光伏接入的方式進行配電網(wǎng)改造，具有一定的可行性。但考慮到分布式光伏接入難度較大，且易對原配電網(wǎng)造成影響，有必要對其建設(shè)方法進行詳細的分析。

2 分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響

分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響，主要體現(xiàn)在功率、電能質(zhì)量、運行安全性、與配電網(wǎng)的適應性等方面。以電能質(zhì)量為例：分布式光伏接入后，電力系統(tǒng)極容易出現(xiàn)閃變、電壓波形畸變等問題。就電壓而言，傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，電壓、電流以及功率的變化均較為穩(wěn)定[1]。待光伏接入后，隨著接入位置以及容量的改變，配電網(wǎng)的負荷潮流均會發(fā)生相應的變化，電力調(diào)度的難度將顯著提升。為確保接入的分布式光伏電源與配電網(wǎng)負荷相互匹配，必須對光伏組件進行科學的安裝。閃變指光照強度隨電壓波動而發(fā)生變化的現(xiàn)象，受分布式光伏不確定性的影響，改造后的配電網(wǎng)電壓波動一般較大，閃變的發(fā)生風險將進一步提升。

3 分布式光伏接入的配電網(wǎng)建設(shè)方案及效果

3.1 分布式光伏接入的配電網(wǎng)建設(shè)方案

3.1.1 逆功率調(diào)控

為減輕分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響，應在掌握光伏系統(tǒng)等效電路運行規(guī)律的基礎(chǔ)上，首先進行逆功率調(diào)控。光伏系統(tǒng)的等效電路見圖1。

圖1 光伏系統(tǒng)的等效電路

本工程中，逆功率調(diào)控的依據(jù)以接入點電壓為主。當外界條件變化時，光伏組件電流同樣會發(fā)生變化，但電壓的變化一般較小。如光伏逆變器交流電壓降低，分布式光伏將自原有的配電網(wǎng)中吸收大量的無功功率，導致系統(tǒng)難以安全運行。為解決上述問題，首先，有關(guān)人員應對系統(tǒng)的運行情況進行檢測，在此基礎(chǔ)上，通過查表等方式確定運行點。需注意的是，選取運行點時，應確保功率平衡。另外，有關(guān)人員還應采用光伏監(jiān)控系統(tǒng)，對高壓側(cè)的相應指標進行監(jiān)測，判斷是否超過定值。如已超過定值，則應下達降低主變對應光伏發(fā)電出力的指令，確保電力系統(tǒng)能夠安全運行。

3.1.2 光伏組件安裝

光伏系統(tǒng)組件包括固定支架、跟蹤系統(tǒng)兩種支架類型。與前者相比，后者成本相對更高[2]。因此，為降低配電網(wǎng)建設(shè)成本，本工程考慮利用固定支架對光伏組件進行安裝。以“方陣傾斜角確定固定式”為例：該安裝方式具有安全性強的優(yōu)勢，有關(guān)人員可根據(jù)當?shù)夭煌竟?jié)的不同溫度變化特點，對方陣的角度進行選擇。當太陽能收集條件滿足時，每年僅兩次調(diào)節(jié)仿真傾角即可。與“方陣傾斜角確定固定式”相比，“傾角可調(diào)式支架”的成本相對較高，安裝的復雜度同樣較高，但管理難度相對較低。經(jīng)安裝后的光伏組件傾角，可隨著氣象條件以及當?shù)氐奶栞椛淞康淖兓兓榻档凸芾黼y度，本工程決定采用“傾角可調(diào)式支架”對組件進行安裝。

3.1.3 光伏電站保護

為減少電力系統(tǒng)的運行風險，配電網(wǎng)建設(shè)過程中，加強對光伏電站的保護是關(guān)鍵。對光伏電站的保護，主要體現(xiàn)在主變間隙保護方面。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的保護方式以接地為主，當系統(tǒng)中的變壓器≥2臺時，僅確保其中1臺中性點接地即可，其余通過間隙接地便可達到保護電網(wǎng)的目的。當分布式光伏接入后，有關(guān)人員仍可采用主變間隙保護的方式對配電網(wǎng)進行保護。如分布式光伏接入位置為110 kV變電站，則可適當增加保護屏，并設(shè)置間隙保護聯(lián)切裝置，利用多個出口壓板獲取及傳輸相應的電信號。電信號經(jīng)過保護屏時，可隨之轉(zhuǎn)換為光信號。光信號傳輸至光伏斷路器后，斷路器便可實現(xiàn)跳閘，達到保護配電網(wǎng)的目的。

3.1.4 配電網(wǎng)改造

本工程中，分布式光伏接入的配電網(wǎng)電壓等級為10 kV。該配電網(wǎng)由110 kV變電站所引出，主變?nèi)萘繛?0 MVA，共設(shè)置光伏接入點3個，分別采用A、B、C表示。接入的線路中，A、B、C長度均為 1 km。為提高原有配電網(wǎng)與分布式光伏接入的適應性，本工程采用專線接入的方式接入了分布式光伏，其線路型號為LGJ-120。分布式光伏接入后，如配電網(wǎng)電壓的波動較大，可通過儲備能源的方式提高電壓的穩(wěn)定性，解決閃變等問題。就無功補償而言，當分布式光伏接入配電網(wǎng)后，變電站電壓可在一定程度上升高。如升高量較小，則無需加入無功補償裝置。反之，則應加入新的無功補償裝置，提高系統(tǒng)運行的安全性。

3.2 分布式光伏接入的配電網(wǎng)建設(shè)效果

為評估分布式光伏接入的配電網(wǎng)的應用價值，本課題對其經(jīng)濟效益進行了計算，結(jié)果顯示：

1）線損問題：分布式光伏接入配電網(wǎng)后，電量遠程傳輸明顯減少，線損同樣有效降低，有助于降低配電網(wǎng)的運行成本，提高電力領(lǐng)域的經(jīng)濟效益。

2）運行壓力：分布式光伏接入配電網(wǎng)后，傳統(tǒng)電網(wǎng)將獲得大量的備用容量。用電峰值及低估時期，電網(wǎng)運行的安全性均將明顯提高。

3）故障問題：分布式光伏接入配電網(wǎng)后，一旦線路出現(xiàn)故障，間隙保護動作將立即切斷故障電流，使線路重合閘的成功率得以提升，使電網(wǎng)能夠持續(xù)運行?？梢姡植际焦夥慕尤?，對電力系統(tǒng)運行持續(xù)性的提升具有重要價值。

4 結(jié)語

將分布式光伏接入配電網(wǎng)，可有效提高電網(wǎng)的運行效益，減少資源浪費及環(huán)境污染，具有較高的推廣價值。未來，建議我國電力領(lǐng)域在分析不同區(qū)域電網(wǎng)建設(shè)需求的基礎(chǔ)上，將分布式光伏接入至配電網(wǎng)中。與此同時，對逆功率進行調(diào)控，科學安裝光伏組件，加強對光伏電站的保護，并積極進行配電網(wǎng)改造，使分布式光伏接入的價值得以進一步體現(xiàn)。