光伏電站及其并網方式探討

談 康

（南京供電公司，南京 210008）

光伏電站及其并網方式探討

談 康

（南京供電公司，南京 210008）

太陽能資源豐富，分布廣泛，是最具發展潛力的可再生能源，其清潔、安全、便利、高效等特點正成為國內外普遍關注和重點發展的新興產業。江蘇南京地區年日照平均2 200～3 000 h，有較好的光照條件，適合因地制宜地建設一定容量的光伏電站。

1 光伏發電原理及光伏發電系統

光伏發電原理是光生伏特效應。當太陽能照射到太陽能電池上時。電池吸收光能，產生光電子——空穴對。在電池內建電場作用下，光生電子和空穴被分離，電池兩端出現異性電荷的積累，即產生光生伏特效應。若在內建電場的兩側引出電極并接上負荷，則負載就有光生電流流過，從而獲得功率輸出，太陽的光能則直接變成了可以應用的電能。通過太陽能電池將太陽輻射能轉變為電能的發電系統稱為太陽能光伏發電系統或稱作光伏電站。

光伏電站可分為離網或并網2種運行方式。離網光伏電站一般遠離公用電網，由太陽能電池陳列、離網逆變器以及獨有的蓄電池自成光伏發電系統。并網光伏電站則是由太陽能電池陳列將太陽能轉化為直流電能，直流匯流裝置匯流后通過并網逆變器將直流轉化為電網同頻率、同相位的正弦波并入公用電網。

并網逆變器是光伏發電站的核心部件。并網逆變器不僅將光伏陳列產生的直流電能轉換為標準的交流電，而且對交流電的頻率、電壓、相位、同步等進行控制；在將直流轉變為交流的過程中還會產生一定量的諧波，因此交流逆變器的品質好壞決定了光伏發電效率及電能質量。并網光伏電站的逆變器必須滿足國家標準要求。

2 中小型光伏電站并網方式的探討

2.1 光伏電站接入電網原則

國家電網公司《光伏電站接入電網技術規定》（Q/GDW 617—2011）（以下簡稱《規定》）第4.2節規定：光伏電站接入公用電網的連接方式分為專線接入公用電網、T接于公用電網以及通過用戶內部電網接入公用電網3種方式。江蘇省電力公司《光伏電站接入系統導則》（2010年版，以下簡稱《導則》）第5.1節規定：光伏電站接入江蘇電網的電壓等級一般應符合表1規定。

江蘇南京地區光伏電站的接入方式還應結合光伏發電的特點以及地區配電網的實際，考慮以下因素：①光伏電站發出的電力是隨著光照強弱變化的間隙性電源，電網對并網光伏電站的供電可靠性設有高的要求；②江蘇南京地區中、低壓配電網的線路、線路走廊以及配電站母線出線間隔資源有限，光伏電站的接入必須綜合優化利用；③光伏電站的發電時間正值電網用電峰值的白天，為減少光伏的輸電網損、優化配電網的潮流分布，應盡量考慮采用就地平衡消化的接入方式；④江蘇南京地區土地資源稀缺，大部分光伏電站的建設場地是利用建筑物屋頂，分散布置在建筑物屋頂的光伏電站容量有限，而距離周邊中低壓配電網較近；⑤為防止并減少光伏電站在用電低谷時向上一級電網倒送電力，接入同級電壓網同一供電區域的中小型光伏電站的總容量，原則上不宜超過上一級變壓器供電區域內最大負荷的25%。

表1 光伏電站接入電壓等級表

2.2 光伏電站并網方式

按照以上原則，可結合電站的總裝機容量、周邊電網的實際情況，根據以下條件來選擇具體的光伏電站接入系統方式。

（1）裝機容量200 kWp及以下的光伏電站，由于其容量較小，宜直接接入380（400）V低壓配電網，光伏電站發出的電力可直接在低壓配電網用電負荷側全部消納利用。

（2）裝機總容量大于200 kWp、小于等于所接入電網線路最大輸送容量30%的光伏電站，為充分利用和節省電網資源，宜考慮以10 kV及以上電壓等級、采用T接方式接入電網。T接方式可有效減少光伏電能的輸電網損，為光伏電站就地發電、就地平衡消納的發用模式創造條件。

（3）裝機總容量大于擬接入的10 kV及以上電壓等級配電線路最大輸送容量30%的光伏電站，按照《規定》4.3.2節的要求，應采用專線接入電網。

（4）光伏電站一般應接入公用電網。當不具備接入公用電網條件時，經論證審定，可就近接入用戶內部電網。光伏電站采用通過用戶內部電網接入公用電網的接入方式應遵守《電力法》的有關規定。

另外，為了確保電網運行和設備安全，無論光伏電站采用何種接入方式，光伏電站與電網只能有唯一一個并網點，并網點應設置易于操作、具有明顯開斷點的并網總斷路器。

3 防孤島措施

由于光伏電站孤島運行可能繼續向電網線路送電，會對電網運行和設備人身安全帶來隱患，因此，防孤島運行是并網光伏電站重要的安全措施之一。《規定》第8.2節規定，公用電網停止供電后，光伏電站必須立即斷開與電網的連接，防止在孤島狀態下運行。

防止光伏電站孤島狀態下運行，可在電站內部和電網側2個層面上采取措施。

光伏電站內部的并網逆變器一般均具有主動式和被動式2種防孤島保護。主動式防孤島保護方式主要有判別頻率偏差、有功功率變化、無功功率變動、電流脈沖注入引起阻抗變動等；被動防孤島保護方式主要有電壓相位跳動、3次諧波變動、頻率變化等。當電網故障、光伏電站可能形成孤島狀態的瞬間，逆變器防孤島保護快速監測，立即動作，將光伏電站并網點并網總斷路器斷開。

200 kWp及以下小型光伏電站，站內一般只需一臺并網逆變器，逆變器防孤島保護可以滿足光伏電站防孤島的技術要求。因此《規定》中規定小型光伏電站電網側可以不再設置防孤島保護。

大中型光伏電站站內一般均配置多臺并網逆變器。由于目前多臺逆變器之間相關的配合控制還存在技術困難，因此，電網側需采取防孤島措施。《規定》第8.2節明確規定：大中型光伏電站，公用電網繼電保護裝置必須保障公用電網故障時切除光伏電站。

為防止大中型光伏電站發生孤島運行，并網光伏電站除按系統要求，需配置并網線路的繼電保護、自動裝置外，其并網點應設置為光伏電站的防孤島解列點，解列點應配置防孤島的解列保護、配置頻率控制器。江蘇電網并網光伏電站的系統保護、自動裝置中均已在并網點配置了頻率控制器，電網運行管理部門可合理整定防孤島解列點解列保護頻率控制器的頻率偏差值，當電網發生故障、光伏電站有可能形成孤島的瞬間，由于光伏電站發電功率與孤島負荷的不平衡，瞬時將產生頻率突變，解列保護快速監測、立即斷開并網點并網總斷路器，從電氣（一次）上安全、可靠地將并網光伏電站從電網中切除。將光伏電站的并網點設置為防孤島解列點，配置相應由頻率偏差整定并控制的防孤島解列保護，可有效地防止光伏電站孤島運行。

4 電壓調節和無功補償

《規定》第6.2.3節規定，容量在200 kWp及以下小型光伏電站，由于容量小，對電網無功電壓支持非常有限，電網一般不要求其具備無功功率和電壓調節能力。因此，小型光伏電站的并網逆變器只需具備：當其輸出有功功率大于其額定功率的50%時，功率因數應不小于0.98（超前或滯后），輸出有功功率在20%～50%之間時，功率因數應不小于0.95（超前或滯后）的功能，接入電網時，不需要考慮無功補償。

大中型光伏電站原則上均應配置無功電壓控制系統，并應具備無功功率及電壓調節控制能力。

品質優良的并網逆變器一般均具有一定的無功調節能力，并網光伏電站可利用逆變器無功調節功能，在額定功率因數1.0～±0.95（0.9）范圍進行無功調節。其調節模式大致可分為按照電網調度指令、給定的電壓曲線以及并網點電壓變化3種。并網光伏電站可根據電網運行管理部門的要求，在無功可調節范圍內，通過電站無功電壓控制系統，自動跟蹤調節光伏電站的無功出力，并控制并網點電壓。因此，對具備無功電壓調節控制能力的光伏電站原則上不需要再另行裝設無功補償裝置。

由于目前江蘇南京地區已并網以及正在建設準備并網的光伏電站，其并網逆變器的無功調節功能大多尚未得到全面開發和利用，其額定功率因數均設定為1.0（或0.99），不具備無功調節能力。因此，為保證光伏電站并網點的電壓水平和電網的電壓質量，大中型光伏電站應按照《規定》的要求，配置相應容量的無功補償裝置。

《規定》第6.2.2節規定：對于專線接入公用電網的大中型光伏電站，其配置的容性無功容量應能夠補償光伏電站滿發時站內匯集系統、主變壓器的全部感性無功及光伏電站送出線路一半的感性無功功率之和；其配置的感性無功容量應能夠補償光伏電站送出線路的一半充電無功功率。

《規定》設有對T接于公用電網的光伏電站的無功補償方式及容量作具體的規定。由于T接配電網的結構相對比較復雜，T接線路一般不會太長,T接的光伏電站容量相對又較小，因此，T接光伏電站的無功補償可以不影響線路T接前的無功電壓水平和電網電壓質量為原則進行補償。在接入系統時可結合電網實際考慮以下2種方法來確定光伏電站的無功補償裝置類型及容量：①光伏電站“全額滿出力”、“零出力”2種典型運行方式，光伏電站T接點的注入潮流功率因數為1.0，所對應的光伏電站的容性、感性無功出力為無功補償容量；②光伏電站的容性補償容量以全額補償電站滿發時站內匯集系統、主變壓器及T接線路的全部感性無功之和。感性無功容量：補償T接線路一半充電無功功率。

按照《規定》第6.2節的要求，并網光伏電站配置的無功補償容量應是可調節的。

5 結束語

綜上所述，光伏電站最終確定的并網方式、無功補償類型、容量，應綜合考慮光伏電站總裝機容量、周邊電網實際情況，因地制宜地選擇技術、經濟均優的接入系統方案

：

[1]國家電網公司.光伏電站接入電網技術規定[S].

[2]江蘇省電力公司.光伏電站接入系統導則[S].

[3]趙爭鳴，雷一，賀凡波，等.大容量并網光伏電站技術綜述[J].電力系統自動化，2011(12)：106-112.

Discussion on photovoltaic power station and its network mode

TAN Kang
（Nanjing Electric Power Supply Company,Nanjing 210008,China）

2012-05-28

1009-1831（2012）06-0056-03

TM6158

E

（

徐文紅）