分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在配電網(wǎng)中接入方式研究

江西通力電業(yè)發(fā)展有限公司 周錦龍

1 引言

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要對(duì)光伏發(fā)電接入對(duì)配電網(wǎng)的影響進(jìn)行明確，并且采取相應(yīng)的解決措施，使配電網(wǎng)能夠順利地完成發(fā)電。同時(shí)，需要注重分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)具有穩(wěn)定地的解決條件，對(duì)系統(tǒng)的輸電損耗進(jìn)行控制，進(jìn)而降低接入方式對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)面影響。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.1 系統(tǒng)組成

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成較為復(fù)雜，由光伏組件、逆變器、輸配電系統(tǒng)等部分組成，同時(shí)需要具備相應(yīng)的保護(hù)電路，提高系統(tǒng)對(duì)故障的應(yīng)對(duì)能力，使系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。光伏發(fā)電系統(tǒng)的類型較多，包括集中型、分散型等。對(duì)于集中型，一般應(yīng)用于大型發(fā)電系統(tǒng)中，使電流能夠匯聚于低壓母線上，同時(shí)采用變壓器對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)具有完善的運(yùn)行狀態(tài)。

對(duì)于分散型，主要應(yīng)用于功率較小的情況，對(duì)光伏組件具有較高的要求，需要采用逆變形式對(duì)電流進(jìn)行升壓，使配電網(wǎng)能夠正常進(jìn)行供電。光伏發(fā)電系統(tǒng)需要具有完善的組成形式，需要確保系統(tǒng)各個(gè)部分能夠穩(wěn)定工作，避免出現(xiàn)接入點(diǎn)繁雜的情況，保障配電網(wǎng)電壓控制的有效性，使其能夠保持良好的工作狀態(tài)[1]。

2.2 并網(wǎng)方式

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要注重并網(wǎng)方式的選擇，使配電網(wǎng)能夠更好地進(jìn)行接入，提高配電網(wǎng)的接入狀態(tài)，保障并網(wǎng)方式的合理性。常見的并網(wǎng)方式主要分為以下三種：

第一，自發(fā)自用并網(wǎng)。使配網(wǎng)能夠處于離線運(yùn)行的狀態(tài)，對(duì)蓄電池結(jié)構(gòu)具有較高的要求，需要采用蓄電池對(duì)多余的電量進(jìn)行存儲(chǔ)，提高電能的利用率，進(jìn)而保障光伏發(fā)電的效率。

第二，全部上網(wǎng)并網(wǎng)。將電能在配電側(cè)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，接著輸送到用戶側(cè)，使電能能夠貫通整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，可用于規(guī)模的供電狀況。

第三，余電供電并網(wǎng)。將部分電量由發(fā)電農(nóng)戶進(jìn)行使用，剩余電量輸送到配電網(wǎng)中，可以使供電過程形成一定的優(yōu)先級(jí)，使輸配電網(wǎng)絡(luò)輸電形式更加的完善，進(jìn)而使輸電效率得到增強(qiáng)。

2.3 逆變器

逆變器是光伏發(fā)電的重要組成部分，需要合理對(duì)逆變器進(jìn)行應(yīng)用，使直流點(diǎn)能夠轉(zhuǎn)化為交流電，保障電流能夠順利地輸送到配電網(wǎng)中。光伏組件產(chǎn)生的電流具有不規(guī)則的特點(diǎn)，需要對(duì)電流進(jìn)行處理，并且建立完善的升壓條件，以此來保障配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，建立完善的輸電狀況。為了保障配電網(wǎng)的輸電效果，需要注重逆變橋式電路的應(yīng)用，使直流電壓能夠得到等效轉(zhuǎn)換，使交流電壓供應(yīng)環(huán)境更加的穩(wěn)定。同時(shí)，逆變器還有控制電網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)的作用，對(duì)電網(wǎng)中的電壓、電流進(jìn)行檢測(cè)，一旦出現(xiàn)異常輸電情況，將會(huì)立即產(chǎn)生報(bào)警反饋，使光伏發(fā)電系統(tǒng)具有穩(wěn)定的運(yùn)行條件。另外，逆變器可以對(duì)電路起到隔離作用，避免直流側(cè)與交流側(cè)直接接觸，對(duì)配電網(wǎng)形成有效的電氣隔離，提高配電網(wǎng)輸電的安全性。

3 分布式光伏發(fā)電接入對(duì)配電網(wǎng)的影響

3.1 對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

光伏電源接入配電網(wǎng)后，會(huì)引起接入點(diǎn)電壓的升高，使電壓產(chǎn)生較大的波動(dòng)，影響電壓的穩(wěn)定性。因而，需要對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響進(jìn)行探究，便于建立完善的供電關(guān)系。其影響主要體現(xiàn)如下：一方面會(huì)導(dǎo)致發(fā)電容量的增大，導(dǎo)致電壓控制難度增加，同時(shí)會(huì)伴隨著電壓不穩(wěn)的情況，需要加強(qiáng)對(duì)電壓的控制，使電壓處于穩(wěn)定的狀態(tài)。

另一方面，會(huì)造成接入量的減小，致使低壓側(cè)與配電網(wǎng)無法形成穩(wěn)定的供應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致電壓容易受到光照強(qiáng)度的影響。另外，還會(huì)受到光伏發(fā)電自身特性的影響，隨著時(shí)間的變化，光照強(qiáng)度將會(huì)產(chǎn)生一定的變化，發(fā)電時(shí)間一般在7:00～17:00，光照強(qiáng)度先增加、后減小，而且發(fā)電功率與光照強(qiáng)度成正比，進(jìn)而影響到輸電電壓的穩(wěn)定性，無法建立完善的輸電狀態(tài)[2]。

3.2 對(duì)配電網(wǎng)短路電流的影響

在配電網(wǎng)發(fā)電故障后，將會(huì)產(chǎn)生短路電流，對(duì)光伏系統(tǒng)具有較大的威脅，導(dǎo)致系統(tǒng)無法穩(wěn)定地運(yùn)行。而且，光伏發(fā)電接入將會(huì)對(duì)短路電流造成影響，導(dǎo)致短路的危害增加，具體影響如下：一方面會(huì)造成短路電流的激增，增加配電網(wǎng)中元件的損耗，一旦損耗程度過大，配電網(wǎng)將無法正常工作，需要立即投入到維護(hù)狀態(tài)，影響正常供電過程的進(jìn)行。

另一方面，受到短路電流的影響，配電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化效率將下降，導(dǎo)致輸電功率出現(xiàn)失衡的現(xiàn)象，影響電氣元件的正常工作。在短路電流的作用下，對(duì)逆變器的影響較為嚴(yán)重，電子器件損害將會(huì)加劇。為此，需要做好短路電流的應(yīng)對(duì)工作，對(duì)逆變器采取保護(hù)措施，降低短路電流對(duì)逆變器的影響。

3.3 直流注入

分布式光伏發(fā)電接入后，將會(huì)產(chǎn)生直流注入現(xiàn)象，對(duì)配電網(wǎng)具有較大的危害，需要對(duì)直流注入問題引起重視。直流注入主要危害如下：

第一，會(huì)對(duì)變壓設(shè)備造成影響，導(dǎo)致勵(lì)磁電流急劇增加，使變壓器無法穩(wěn)定的工作。

第二，會(huì)導(dǎo)致變壓器硅鋼片的形狀發(fā)生改變，造成變壓器內(nèi)部磁場(chǎng)不穩(wěn)定的情況，并且會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，致使變壓器存在運(yùn)行故障。

第三，會(huì)引起用戶側(cè)電流出現(xiàn)不對(duì)稱的現(xiàn)象，導(dǎo)致電氣設(shè)備出現(xiàn)損壞，因而需要對(duì)直流注入的大小進(jìn)行限制，構(gòu)建完善的直流注入條件。光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝較為簡(jiǎn)單并且維護(hù)方便，主要采用非隔離型光伏發(fā)電系統(tǒng)，容易受到并網(wǎng)系統(tǒng)工作效率的影響，需要做好并網(wǎng)系統(tǒng)研究工作，對(duì)直流注入過程進(jìn)行控制，保障配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。

4 分布式光伏發(fā)電接入的應(yīng)對(duì)措施

4.1 配電網(wǎng)電壓應(yīng)對(duì)措施

為了降低配電網(wǎng)電壓的影響，需要做好電壓的越限處理工作，建立完善的電壓應(yīng)對(duì)措施，使光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠正常工作。為了應(yīng)對(duì)電壓波動(dòng)狀況，需要注重電壓調(diào)節(jié)器的使用，使配電網(wǎng)電壓能夠得到充分的調(diào)節(jié)，提高電壓的處理效果，使電壓波動(dòng)的影響能夠得到充分的抑制。在電壓控制過程中，需要做好相關(guān)信息的采集工作，對(duì)電壓波動(dòng)的時(shí)間段進(jìn)行調(diào)查，進(jìn)而得出具有針對(duì)性的控制手段，使配電網(wǎng)電壓的處理更加的有效。

此外，還可以采用光伏電源運(yùn)行方式進(jìn)行配電網(wǎng)電壓控制，使電壓越限問題能夠得到有效解決。隨著時(shí)間的變化，光伏電壓處于變化的狀況，為了提高配電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，需要對(duì)光伏電源的接入電壓進(jìn)行控制，保障光伏電源具有穩(wěn)定的電壓輸出，提高配電網(wǎng)電壓的質(zhì)量[3]。

4.2 配電網(wǎng)短路電流應(yīng)對(duì)措施

短路電流對(duì)配電網(wǎng)的影響較大，需要對(duì)短路電流進(jìn)行限制，并且做好電網(wǎng)的保護(hù)工作，提高短路電流的控制效果。在光伏發(fā)電配電網(wǎng)中，短路電流通常為額定電流的2～4倍，持續(xù)時(shí)間為1.2～5.0ms，會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)對(duì)配電網(wǎng)造成危害，因而對(duì)應(yīng)對(duì)措施具有嚴(yán)格的要求。在應(yīng)對(duì)方法方面，主要采用以下兩種應(yīng)對(duì)方式：

第一，對(duì)短路電流進(jìn)行限制，防止配電網(wǎng)中的電流出現(xiàn)激增，降低短路電流對(duì)電氣元件的損傷。逆變器的過載能力較低，對(duì)短路電流進(jìn)行控制非常重要，是降低逆變器損耗的有效方法。

第二，需要為配電網(wǎng)增加保護(hù)元件。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生短路電流達(dá)到限定值時(shí)，對(duì)電網(wǎng)及時(shí)進(jìn)行切斷，進(jìn)而對(duì)逆變器形成有效地保護(hù)，提高逆變器的保護(hù)效果，使逆變器具有良好的運(yùn)行條件。

4.3 直流注入應(yīng)對(duì)措施

直流注入對(duì)變壓設(shè)備的影響較大，需要對(duì)直流注入采取應(yīng)對(duì)措施，使變壓設(shè)備能夠穩(wěn)定地工作。直流注入的應(yīng)對(duì)措施如下：一方面可以采用電容隔離的方式，對(duì)直流分量產(chǎn)生屏蔽作用，降低直流信號(hào)對(duì)配電網(wǎng)的影響。電容隔離應(yīng)采用半橋逆變電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建平衡的電壓條件，抑制直流分量的產(chǎn)生，使直流注入問題能夠得到有效解決，充分發(fā)揮電容的隔絕直流作用。

另一方面，可以采用檢測(cè)補(bǔ)償?shù)姆绞?，?duì)并網(wǎng)電流的直流分量進(jìn)行補(bǔ)償，提高對(duì)直流分量的抑制效果，構(gòu)建完善的直流應(yīng)對(duì)條件。在使用該方法時(shí)，需要對(duì)直流分量進(jìn)行精確測(cè)量，保證直流分量能夠得到精準(zhǔn)地抵消，進(jìn)而對(duì)直流分量進(jìn)行控制，防止直流分量注入到配電網(wǎng)中，使配電網(wǎng)具有良好的運(yùn)行狀態(tài)。

5 分布式光伏發(fā)電接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 接入方式

接入方式對(duì)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)非常重要，需要構(gòu)建完善的接入條件，保障配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定地工作。在接入方式方面，主要分為上網(wǎng)和離網(wǎng)兩種形式。離網(wǎng)方式具有自發(fā)自用的特性，使配電網(wǎng)能夠進(jìn)行有效地接入，保障配電網(wǎng)的工作狀態(tài)。對(duì)于上網(wǎng)方式，可以使配電網(wǎng)處于并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，有助于電能轉(zhuǎn)化過程的進(jìn)行，使接入方式更加的可靠。在分布式光伏發(fā)電過程中，用戶輸送電能會(huì)有一定的剩余，需要將剩余電量重新分配到配電網(wǎng)中，使配電網(wǎng)具有豐富的接入形式，使光伏發(fā)電接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加的完善[4]。

5.2 電壓等級(jí)接入

5.2.1 接入余量上網(wǎng)模式

余量上網(wǎng)模式是重要的接入方式，可以起到節(jié)約電能的作用。在供電過程中，可以將對(duì)發(fā)電余量進(jìn)行控制，提高供電效果的自發(fā)自用能力，使電能處于完善的發(fā)電狀態(tài)，防止電能產(chǎn)生余量浪費(fèi)。采用余量上網(wǎng)模式時(shí)，需要按照電壓等級(jí)進(jìn)行接入，當(dāng)裝機(jī)容量在8kW 以上時(shí)，需要采用三相380V 接入方式；當(dāng)裝機(jī)容量低于8kW 時(shí)，需要采用單相220V 接入方式。在接線過程中，用戶進(jìn)線應(yīng)與配電網(wǎng)絡(luò)建立連接，并且為發(fā)電系統(tǒng)配置專門的電纜線，使余量上網(wǎng)模式能夠單獨(dú)發(fā)電，提高余量上網(wǎng)模式的應(yīng)用效果。

5.2.2 離網(wǎng)全部自用模式

光伏發(fā)電存在脫離電網(wǎng)的情況，為了保障負(fù)荷的持續(xù)性，需要采用離網(wǎng)全部自用模式，使配電網(wǎng)能夠建立完善連接。在使用離網(wǎng)自用模式時(shí)，需要加裝防逆流裝置，防止引起導(dǎo)送電能的問題，使電能能夠穩(wěn)定地進(jìn)行工作，建立完善的并網(wǎng)自用效果。離網(wǎng)自用模式的應(yīng)用成本較低，適用于用電高峰的情況，可以保證用戶用電的充足，使光伏發(fā)電系統(tǒng)呈現(xiàn)良好的發(fā)電狀態(tài)。離網(wǎng)自用模式適用于300kW以下的輸電環(huán)境，可以將配電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)中，使供電網(wǎng)絡(luò)更加的穩(wěn)定，進(jìn)而保障光伏發(fā)電的效率。

5.3 技術(shù)要求

在接入過程中，需要對(duì)接入方式進(jìn)行選擇，建立完善的并網(wǎng)接入形式，提高接入方案的可靠性。首先，需要做好接入系統(tǒng)導(dǎo)線截面的選擇，使線路能夠更好地投入使用，提高導(dǎo)線對(duì)配電網(wǎng)的適應(yīng)性。以35kW 并網(wǎng)配電網(wǎng)為例，架空導(dǎo)線一般選擇雙分裂導(dǎo)線，電纜選擇單芯電纜，可以保障導(dǎo)線能夠穩(wěn)定地輸電，提高配電網(wǎng)對(duì)電流的承載力。其次，接入方案需要符合技術(shù)要求，需要結(jié)合有功功率的功率因素，功率因素應(yīng)＞0.95，有功功率應(yīng)達(dá)到額定功率的50%以上，進(jìn)而保障接入方案的合理性。最后，接入方案需要符合電壓等級(jí)的要求，對(duì)母線采用分段接線的方式，并且需要注重保護(hù)裝置的應(yīng)用，使光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠更好地投入使用，使其能夠符合技術(shù)要求。

5.4 二次設(shè)計(jì)

5.4.1 線路保護(hù)

線路保護(hù)對(duì)于接入系統(tǒng)二次設(shè)計(jì)非常重要，需要對(duì)線路采取全面保護(hù)措施，使配電網(wǎng)能夠安全運(yùn)行。為了提高線路的保護(hù)效果，需要在公共連接點(diǎn)處設(shè)置保護(hù)器。通過這種方式，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生短路時(shí)，可以及時(shí)對(duì)線路進(jìn)行切斷，降低短路電流對(duì)配電網(wǎng)的影響，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。同時(shí)，保護(hù)器可以解決配電網(wǎng)的過載問題，降低配電網(wǎng)發(fā)生異常故障的風(fēng)險(xiǎn)，使線路的運(yùn)行更加的穩(wěn)定，營(yíng)造良好的線路運(yùn)行基礎(chǔ)。為了對(duì)配電網(wǎng)中的電流進(jìn)行控制，還需要注重過流保護(hù)裝置的使用，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行全面地過流保護(hù)，提高線路的保護(hù)效果。在保護(hù)裝置的作用下，可以對(duì)故障線路及時(shí)進(jìn)行切斷，使線路故障能夠得到迅速處理，降低故障對(duì)配電網(wǎng)的影響[5]。

5.4.2 母線保護(hù)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中存在著母線線路，一旦母線出現(xiàn)問題，將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的整體造成影響，需要建立完善的母線保護(hù)措施。母線一般具有專門的保護(hù)裝置，使母線與配電網(wǎng)能夠建立穩(wěn)定的連接，保障母線能夠正常工作。母線對(duì)于配電網(wǎng)較為重要，需要注重綜合自動(dòng)化測(cè)控裝置的應(yīng)用，對(duì)母線進(jìn)行全面地保護(hù)。通過測(cè)控裝置，可以對(duì)母線的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)控，使保護(hù)措施更加的嚴(yán)格，提高保護(hù)方式的實(shí)時(shí)性，提高母線保護(hù)措施的執(zhí)行效果。在母線保護(hù)方面，需要采取主動(dòng)保護(hù)原則，使母線能夠處于安全的輸電狀態(tài)，同時(shí)保障母線具有良好的重合閘功能，提高母線通斷的控制能力，對(duì)母線實(shí)施有效地保護(hù)。

5.4.3 孤島檢測(cè)

光伏發(fā)電逆變器需要具有孤島檢測(cè)的功能，應(yīng)對(duì)配電網(wǎng)中的孤島效應(yīng)，提高配電網(wǎng)保護(hù)能力。逆變器發(fā)生故障的概率較大，需要對(duì)孤島效應(yīng)引起重視，一旦檢測(cè)出孤島現(xiàn)象，需要將逆變器及時(shí)進(jìn)行斷開，使配電網(wǎng)能夠得到有效的隔離。在保護(hù)裝置方面，通常采用繼電保護(hù)裝置，可以迅速地對(duì)線路實(shí)施隔離，在電路保護(hù)方面具有重要應(yīng)用。當(dāng)線路中的電壓幅值超出限定值時(shí)，保護(hù)器將會(huì)對(duì)故障線路及時(shí)進(jìn)行控制，使孤島效應(yīng)得到及時(shí)解決。在孤島故障中存在著電壓異常的情況，需要做好配電網(wǎng)電壓的控制工作，使配電網(wǎng)具有完善的工作狀態(tài)，進(jìn)而降低孤島效應(yīng)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的影響。

5.5 電氣設(shè)備選擇

5.5.1 動(dòng)力及照明

為了使分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)易于維護(hù)，需要做好動(dòng)力及照明設(shè)備的選擇工作，使配電網(wǎng)能夠得到完善地管理。一方面需要為配電網(wǎng)增加通風(fēng)設(shè)施，提高供電系統(tǒng)環(huán)境的散熱能力，降低溫度對(duì)輸電線路的影響，使輸電方式更加的完善。另一方面，需要做好照明設(shè)備的安全，需要采用節(jié)能化的照明形式，提高照明結(jié)構(gòu)的合理性。照明系統(tǒng)采用雙控開關(guān)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使照明設(shè)備的控制更加的方便，構(gòu)建完善的照明環(huán)境。動(dòng)力及照明采用三相五線制系統(tǒng)，供電均來自站內(nèi)用電，使電能能夠得到充分地利用。實(shí)現(xiàn)良好的動(dòng)力照明效果。

5.5.2 防雷接地

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要做好防雷接地工作，降低配電網(wǎng)遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，提高電網(wǎng)對(duì)雷電的防護(hù)能力。為了對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行防雷保護(hù)，需要在附近安裝避雷針，使雷電能夠得到及時(shí)引流，對(duì)配電網(wǎng)形成有效地保護(hù)。為了形成完善的防雷體系，需要做好建立完善的接地措施，采用熱鍍鋅扁鋼進(jìn)行接地，同時(shí)與地下主接地網(wǎng)相連。接地電阻需要控制在4Ω 以內(nèi)，使接地系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定地運(yùn)行，保障接地保護(hù)措施的有效性。另外，需要做好接地裝置的防銹工作，防止銹蝕現(xiàn)象使接地電阻增加，導(dǎo)致避雷裝置失去防雷作用，影響防雷裝置的正常運(yùn)行。

6 結(jié)語

綜上所述，接入方式對(duì)配電網(wǎng)具有較大的影響，需要做好光伏發(fā)電接入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，建立完善的接入環(huán)境，使配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)行。光伏接入系統(tǒng)容易受到電壓波動(dòng)的影響，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的損耗加大，不利于光伏發(fā)電過程的進(jìn)行。因此，需要合理地對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使配電網(wǎng)絡(luò)能夠穩(wěn)定地組成，保障電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。