分布式光伏接入對配電自動化的影響及應(yīng)對措施研究

杜江龍

（國網(wǎng)天津市電力公司武清供電分公司，天津 301700）

隨著分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)，電力系統(tǒng)在組成結(jié)構(gòu)和運行模式發(fā)生了改變，配電網(wǎng)從輻射式網(wǎng)絡(luò)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫捶植嫉乃骄W(wǎng)絡(luò)。一旦分布式光伏發(fā)電量在總發(fā)電量中到達一定比重后，傳統(tǒng)的配電自動化技術(shù)將不能保證其正常運行。如何解決分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后配電自動化的相關(guān)問題，是目前電力系統(tǒng)面臨的主要問題之一。我國的分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展十分迅速，尤其是分布式光伏發(fā)電得到廣泛的應(yīng)用和推廣，分布式光伏發(fā)電大量接入將對配電自動化產(chǎn)生了一定的影響，截至目前國家電網(wǎng)公司在多個城市開展了核心區(qū)配電自動化系統(tǒng)試點工程，取得不錯成績的同時也暴露出了一些問題。

1 對配電自動化影響

通過理論分析和實踐驗證可以看出，分布式光伏接入對配電自動化系統(tǒng)的影響，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：第一，饋線自動化；第二，系統(tǒng)的運行監(jiān)控。

1.1 對饋線自動化影響分析

饋線自動化作為配電自動化系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的內(nèi)容之一，其對電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性有著十分重要的作用，傳統(tǒng)的配電自動化系統(tǒng)中的故障定位策略主要是通過檢測電網(wǎng)上短路電流的分布來進行故障定位，其原理可以概括為如下內(nèi)容：當系統(tǒng)中某個區(qū)域內(nèi)的某個端點上檢測到了短路電流，并且在該區(qū)域范圍內(nèi)的其他端點都沒有檢測到了短路電流，那么就可以判定故障的范圍在該區(qū)域之內(nèi)；當系統(tǒng)中某個區(qū)域內(nèi)的某個端點上檢測到了短路電流，但是在該區(qū)域范圍內(nèi)的其他端點中也有一個以上的斷電檢測到了短路電流信息，那么就可以判定故障不在該區(qū)域之內(nèi)。[1]

針對分布式光伏發(fā)電接入后的饋線故障定位，需要依據(jù)以下判定原則，當系統(tǒng)中某個區(qū)域內(nèi)發(fā)生故障時，與傳統(tǒng)模式不同，主電源側(cè)端點不僅會流經(jīng)主網(wǎng)電源供出的短路電流，光伏發(fā)電連接端點同樣也會流經(jīng)光伏發(fā)電供出的短路電流。

如圖1 含分布式光伏發(fā)電的電網(wǎng)系統(tǒng)電路原理示意圖所示，當2 號饋線開關(guān)B 和C 之間的端點發(fā)生短路時：

圖1 含分布式光伏發(fā)電的電網(wǎng)系統(tǒng)電路原理示意圖

（1）不僅主電源會向短路點注入短路電流，分布式光伏發(fā)電也會向短路點注入短路電流，這就會導致短路電流的增大。

（2）開關(guān)S2、B 就不僅會流過主電源的短路電流，其所在饋線上游的光伏（PV2）以及系統(tǒng)中其他饋線上光伏（PV1、PV4）也會流經(jīng)開關(guān)S2、B；而且分布式光伏發(fā)電的短路電流還會導致故障段的饋線電壓有所增加，使得主電源側(cè)供出的短路電流會有一定程度地降低。

一旦主電源與分布式光伏發(fā)電的短路電流的差值足夠大，此時就要通過提高短路電流上報閾值，來區(qū)分短路電流的供出情況，然后進行故障定位。當差值不大時，就很難對供出情況進行判定，此時應(yīng)用傳統(tǒng)故障定位模式就可能會導致誤判。

根據(jù)相關(guān)研究結(jié)果表明，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)的短路容量的減小、故障區(qū)域距離的增大，主電源供出的短路電流會更加的??；同樣，隨著系統(tǒng)中光伏發(fā)電容量比重的增大、故障區(qū)域距離的縮短，短路電流會有不同程度增大。通過對系統(tǒng)進行仿真模擬可以看出：

（1）對于電纜線路而言，當光伏發(fā)電容量比重達到25%，且供電的半徑不大于15km，或者容量占負荷容量達到50%，且供電半徑不大于5.9km，這兩種情況下饋線自動化不會受到影響。

（2）對于架空線路而言，當光伏發(fā)電容量比重達到25%，且供電的半徑不大于6.3km，或者容量占負荷容量達到50%，且供電的半徑不大于1.9km，這兩種情況下饋線自動化不會受到影響。

目前大部分的城市配網(wǎng)電纜饋線的供電半徑均小于5km，當光伏發(fā)電接入容量低于25%時，傳統(tǒng)的故障定位原則可以滿足故障的需求。[2]目前我國主要城市內(nèi)普遍存在一些供電半徑過長的架空線路，這就很可能會造成傳統(tǒng)故障定位原理不適用的情況產(chǎn)生，此時就需要根據(jù)實際情況對饋線自動化做出合理的調(diào)整。

1.2 運行監(jiān)控影響分析

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)還會對配電網(wǎng)的潮流分布產(chǎn)生不同程度的影響，其中對穩(wěn)態(tài)電壓分布的影響最為明顯。第一，通過合理配置分布式光伏發(fā)電可以對系統(tǒng)電壓起到一定的支撐作用；第二，如果分布式光伏發(fā)電在系統(tǒng)中進行無約束的運行，就會導致系統(tǒng)內(nèi)某些節(jié)點的電壓出現(xiàn)波動。

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

參考《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中的內(nèi)容，其中明確規(guī)定了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。因此，根據(jù)分布式光伏發(fā)電脫網(wǎng)特性，結(jié)合其與重合閘的統(tǒng)籌運行，以此消除分布式光伏發(fā)電的影響。

2.1.1 合理設(shè)置重合閘延時參數(shù)

在故障發(fā)生后2s 內(nèi)，故障所在饋線上的分布式光伏發(fā)電會脫離電網(wǎng)。此時變電站在出線斷路器跳閘后，需要在持續(xù)等待2.5s～3.5s 的延時后才可以執(zhí)行合閘操作，如果故障為永久性的，那么變電站出線斷路器就會再次跳閘。

2.1.2 合理設(shè)置過流信號保持時間

合理設(shè)置送過流信號將其控制在1s 以內(nèi)。在當前的配電自動化運行模式中為了保證過流信號上送的可靠性以及考慮線路巡檢等情況，過流信號的保持時間一般較長（多數(shù)為幾分鐘甚至幾小時），二次過流信號的上報也會因此受到波及。因此需要在保證信號可靠上送的前提下，縮短保持時間。此外，主站的故障處理系統(tǒng)還要具備對兩次過流信號進行疊加綜合分析的能力。系統(tǒng)通過對兩次過流信號進行耦合疊加和綜合分析，可以對故障進行準確的定位處理，并提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2.2 運行監(jiān)控應(yīng)對措施

隨著大量分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)，配電調(diào)度運行監(jiān)控的范圍也不斷地增加，這就對配電網(wǎng)電壓分布監(jiān)控和運行控制管理提出了更高的要求，相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)系統(tǒng)而言其更加復(fù)雜，并且隨著分布式光伏發(fā)電容量占比的增加，難度也進一步提升。對運行監(jiān)控方面的改造可以分為以下兩個情況：第一，當分布式光伏發(fā)電接入容量比重不大于25%，系統(tǒng)只需要增加針對分布式光伏發(fā)電的監(jiān)控功能即可；第二，當分布式光伏發(fā)電接入容量比重大于25%，則需要系統(tǒng)配備相應(yīng)的分析擴展功能。

2.2.1 并網(wǎng)監(jiān)控基本功能

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)測功能增加對10kV 及380V 光伏接入信息的監(jiān)測和控制。第一，對于10kV 配電網(wǎng)并網(wǎng)情況，按照相關(guān)技術(shù)標準，實時采集運行信息，并上傳至調(diào)度部門；其中配置遠程遙控裝置的分布式光伏，需要具備接收、執(zhí)行調(diào)度端指令的功能；第二，針對380V 配電網(wǎng)并網(wǎng)的情況，其電能計量裝置需要均被采集電流、電壓、電量等信息以及三相電流不平衡監(jiān)測等功能。

2.2.2 并網(wǎng)擴展功能

（1）電壓無功優(yōu)化

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，各負荷節(jié)點的電壓會有一定的提升甚至超出上限。雖然可以在一定程度上優(yōu)化電網(wǎng)的無功不足，但是也存在部分分布式電源不能提供無功功率，配電網(wǎng)的無功優(yōu)化采用合適的無功控制方案，進而實現(xiàn)配網(wǎng)節(jié)點電壓在規(guī)定范圍內(nèi)。

（2）發(fā)電計劃調(diào)度及功率平衡分析

分布式光伏發(fā)電的大量并網(wǎng)，發(fā)電計劃調(diào)度及功率平衡需要充分考慮電源出力的情況，在結(jié)合所在區(qū)域的發(fā)電和負荷預(yù)測的前提下，以電量平衡為基本原則，根據(jù)電網(wǎng)的實際運行情況，制定合理的控制策略，進而形成伏發(fā)電調(diào)度計劃。

3 結(jié)語

隨著清潔能源利用率的不斷提升，分布式光伏發(fā)電所占的比重也會逐步提升，筆者結(jié)合切身實踐，通過分析分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的影響，提出了合理設(shè)置重合閘延時參數(shù)和過流信號保持時間來解決其饋線自動化的影響，通過優(yōu)化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，來保障電網(wǎng)的運行監(jiān)控。