分布式光伏發電并網對配電網安全的影響分析

陳黎軍

(國網江蘇省電力公司無錫供電公司，江蘇 無錫 214061)

分布式光伏發電并網對配電網安全的影響分析

陳黎軍

(國網江蘇省電力公司無錫供電公司，江蘇 無錫 214061)

分析了分布式光伏發電并網對配電網運行安全、檢修安全以及計量安全等方面帶來的影響，從加強管理手段、規范技術手段入手，提出了相應的對策和措施，通過有針對性地加強分布式光伏發電并網后的安全管理，有效避免了分布式光伏發電并網后對配電網的安全穩定運行造成的危害，實現了配電網與分布式光伏發電的協調發展。

分布式光伏發電；并網；配電網

0 引言

分布式光伏發電對優化能源結構、推動節能減排、實現經濟可持續發展具有重要意義。當前，在國家相關產業政策支持下，我國分布式光伏發電發展迅猛、潛力巨大，但由于這些光伏發電系統規模小、數量多，大量分布式光伏發電的接入將對電網的安全產生顯著影響。

分布式光伏發電大量接入配電網(10 kV及以下中低壓配電網)后，將改變電力系統在中低壓層面的結構與運行方式，使得配電網從一種垂直的輻射式網絡轉變為多電源的水平式網絡。當分布式光伏發電接入配電網中的數量和容量達到一定程度時，將對配電網原有的運行安全(如繼電保護、自動化系統)、檢修安全與計量安全等方面產生影響。

1 分布式光伏發電并網對配電網安全的影響

1.1 對配電網運行安全的影響

目前，中低壓配電網主要是中性點不接地(或經消弧線圈接地)系統，采用單側電源輻射型供電網絡。分布式光伏發電接入配電網，不僅使得配電網從輻射型變為多電源結構，而且也改變了潮流和短路電流的大小、流向以及分布特性。

1.1.1 繼電保護

在配電網短路情況下，分布式光伏發電并網對配電網短路電流的影響如圖1所示。

圖1 分布式光伏發電并網對配電網短路電流的影響

當2號饋線開關B與C之間發生短路時，主電源和各個分布式光伏發電均向短路點注入短路電流，短路電流增大。同時，短路點上游開關S2和開關B流過來自主電源、本饋線上游接入的光伏發電和其他饋線上光伏發電的短路電流，其中來自分布式光伏發電的短路電流使得故障段饋線電壓上升，從而使得主電源供出的短路電流與沒有光伏發電并網時相比有所降低。

因此，分布式光伏發電接入配電網后，在配電網線路發生相同短路故障時，流經變電站出線10 kV開關的故障電流發生了變化。

1.1.2 配網自動化

配網自動化(DA)依靠短路電流在配電網上的分布來進行故障定位。若某個區域的一個端點上報了短路電流信息，并且該區域的其他端點均未上報短路電流信息，則故障在該區域內；若其他端點中至少有1個也上報了短路電流信息，則故障不在該區域內。

但對于分布式光伏發電接入饋線的情形，當某個區域發生故障時，除了該區域的主電源側端點會流過主網電源供出的短路電流以外，該區域與分布式光伏電源連接的端點也會流過相應分布式光伏電源供出的短路電流。因此，傳統故障定位原理在分布式光伏發電并網時難以應用。

1.2 對檢修安全的影響

分布式光伏發電大多屬于用戶側并網，當出力與負荷就地平衡時，就會存在孤島效應問題。當電力檢修人員在維護接有分布式光伏發電系統網側線路或設備時，一旦分布式光伏發電的防孤島保護功能失效，將給電力檢修人員的現場安全作業等帶來隱患。

如圖2所示，根據Q/GDW480—2010《分布式電源接入電網技術規定》，孤島效應是指當開關QF1斷開后，公共連接點開關QF2(或分布式光伏發電接入裝置)未能檢出孤島狀態并及時斷開，使分布式光伏發電系統依然向系統送電。當電網因事故或停電檢修而失電時，如果分布式光伏發電系統的出力與本地負荷相匹配，就可能發生孤島效應，造成待檢修線路帶電(如圖2中虛線表示)，給系統設備和相關人員帶來安全隱患。

圖2 光伏發電系統的孤島效應示意

1.2.1 分布式并網光伏電源典型設計

10 kV光伏電源接入配電網的典型接線如圖3(a)、(b)所示。

10 kV光伏電源經用戶內部接入配電網的典型接線如圖4(a)、(b)所示。

380 V光伏電源接入配電網典型接線如5(a)、(b)所示。

220/380 V光伏電源經用戶內部接入配電網典型接線如圖6所示。

圖3 10 kV光伏電源接入配電網典型接線

圖4 10 kV光伏電源經用戶內部接入配電網典型接線

圖5 380 V光伏電源接入配電網典型接線

1.2.2 不同接入方式對檢修安全的影響

(1) 對于采用專線接入配電網的分布式并網光伏電源(見圖3(a)，4(a)，5(a))，在進行維護或檢修作業時，直接斷開10 kV饋線開關(公共連接點)或380 V的配電低壓總開關，就可以確保分布式并網光伏電源與配電網斷開，分布式光伏電源就不會形成非計劃孤島。因此，采用專線接入配電網的分布式并網光伏電源不會對維護或檢修作業等造成安全影響。

(2) 對于采用T接接入配電網的分布式并網光伏電源(如圖3(b)，4(b)，5(b)，6所示)，公共變電站母線(配變低壓總開關)斷開后，存在分布式并網光伏電源與就地負荷平衡，形成非計劃孤島運行的可能性，會對檢修的安全造成影響。

圖6 220/380 V光伏電源經用戶內部接入配電網典型接線

1.3 對計量安全的影響

分布式光伏發電系統接入配電網，在用戶側安裝有獨立的分布式光伏電能計量表，從資產屬性以及技術上，存在分布式光伏發電用戶竊電的可能性，會影響計量的準確性與安全性。

1.3.1 分布式光伏發電并網后可能的竊電方式

目前主要有市電改接法、升壓法、整流法和并接電流法4種可能的竊電方式。

圖7是380 V分布式光伏發電計量正常接入原理示意，4種竊電方式的具體電路接線方式分別如圖8～11所示。

圖7 380 V分布式光伏發電計量正常接入原理

圖8 市電改接法竊電的接線方式

圖9 升壓法竊電的接線方式

圖10 整流法竊電的接線方式

圖11 并接電流法竊電的接線方式

市電改接法是用戶通過調整其內部接線方式，當負荷消耗功率P2大于光伏發電功率P1(即I2＞I1)時，將市電通過交流引回至關口表前，將負荷消耗的市電冒充分布式光伏電源的發電量。該電路接線方式相當于使關口計量表的電流虛高，從而使光伏發電量虛高以騙取國家補貼。

升壓法是用戶利用升壓變壓器構造出一個虛高的電網電壓接入到關口計量表，在關口表兩側人為增加電壓差的方式加快表計“轉速”，使關口表多計發電量以騙取國家電價補貼。

整流法是用戶直接利用整流裝置將市電整流成直流電，再經過逆變器轉化成交流電上網，使光伏計量表多計發電量以騙取國家電價補貼。

并接電流法采用的調壓器相當于一臺副邊短路的變壓器，只需在原邊加一個很小的電壓，副邊即可感應出較大電流，從而達到只需消耗少量市電量卻可以多計大量上網電量的目的。

1.3.2 分布式光伏發電并網對計量安全的影響

(1) 以上4種竊電方法都能使分布式計費電能表多計發電量，分布式電源客戶以此騙取國家補貼。

(2) 低壓光伏項目因電壓等級低，操作相對簡單，安全風險低，其發生此類問題的可能性應高于高壓用戶。

(3) 在市電改接法竊電方式下，關于竊電存在2種情況：一是當負荷消耗功率P2大于光伏發電功率P1時，負荷消耗電能越多，分布式光伏電源用戶竊取的電能就越多；二是當負荷消耗功率P2小于光伏發電功率P1時，光伏發電功率會流向市電側，此時竊電失敗，反而會給光伏電源客戶帶來經濟損失。

(4) 在升壓法竊電方式下，升壓裝置二次側電壓越高，分布式電源用戶竊取的電能也越多。

(5) 在整流法竊電方式下，竊電運行時間越長，分布式電源用戶竊取的電能也越多，獲得的非法收益也越高。

(6) 在并接電流法竊電方式下，并接電流越大，用戶竊取電能越多，非法獲利也越多。

2 對策措施

2.1 確保配電網運行安全的對策

2.1.1 繼電保護

(1) 無論配電網發生三相或兩相短路，由分布式光伏電源供出的短路電流都不超過其額定電流的1.5倍。

(2) 當分布式光伏并網點下游遠處發生短路時，將會減小主電源供出的短路電流，其減小幅度與分布式光伏發電接入容量和系統短路容量有關，但可忽略。

因此，分布式光伏發電系統并入配電網，對變電站內10 kV出線開關無需增加保護設備，也無需調整現有保護邏輯，但在進行分布式光伏發電接入方案設計時需要對現有保護定值進行校核。

2.1.2 自動化

根據Q/GDW 480—2010《分布式電源接入電網技術規定》規定，非計劃孤島的分布式光伏發電必須在饋線故障后2 s內從電網脫離。因此，可采用分布式光伏發電脫網特性與重合閘配合的方法來消除短路電流中分布式光伏發電的影響。具體改進策略如下：

(1) 變電站重合閘延時時間增加至2.5～3.5 s；

(2) 配電終端上送過的電流信號不作保持，或縮短信號保持時間至1 s以內；

(3) 主站故障處理功能需要增加對2次過電流信號的疊加分析功能；

(4) 分布式光伏電源并網發電容量超過線路容量25 %時，需要重新整定配電終端上報故障信息的閾值，提高設定值。

上述應對措施不必改變配電自動化系統的硬件，僅需在DA應用軟件中略加改動即可。

2.2 確保檢修安全的對策

2.2.1 加強檢修安全管理

分布式光伏電源并網孤島運行是影響檢修安全的重要因素。因此，需要通過加強檢修管理措施的制定，及時修訂相關檢修管理規程，進一步加強含分布式光伏電源并網配電網的檢修安全。

(1) 制訂包含分布式光伏電源并網的配電網檢修管理規定，強化光伏發電及所接配電網檢修安全管理，避免在配電網和送出線路檢修過程中分布式光伏電源向電網送電，危及人身安全。

(2) 嚴格執行《安規》中關于保障安全的技術措施，先驗電，若帶電，則提前通知相關分布式光伏電源業主，斷開進線開關。

2.2.2 規范技術手段

(1) 加強入網檢測，以及對分布式并網光伏逆變器欠壓防孤島保護功能的檢測，確保在系統開關跳開后，并網光伏電源系統自動切除。

(2) 加強技術監督，貫徹《分布式光伏發電的技術監督規定》，對以非常規途徑接入220/380 V配電網的分布式光伏電源加強稽查，確保分布式光伏并網配置失壓跳閘、檢有壓合閘開關和孤島解列功能。

(3) 采用聯動方式，當配電總開關跳開后，聯動跳開下級所有電源的公共連接點開關。

(4) 加裝負控裝置，在檢修時，分布式光伏電源的防孤島保護裝置失效的情況下，實現對分布式光伏并網點開關的遠程控制。

(5) 加裝進線開關PT，確保在配網發生失壓時，分布式光伏并網配置失壓跳閘、檢有壓合閘功能有效。

2.3 確保計量安全的對策

(1) 加強對《電力法》、《計量法》、《供電營業規則》的宣傳，讓用戶明白竊電行為觸及法律，需要承擔相應的法律責任。

(2) 建立覆蓋所有光伏發電地區的光伏發電量監測系統，根據日照強度、氣象條件、關口表電量和總表電量，對光伏發電量相關數據進行跟蹤分析，設置報警閾值實施常態監控，對于偏離參考站點過多的用戶進行重點稽查。

(3) 推廣智能電表的應用，確保對采集數據的實時在線監測。同時進一步加強裝表接電管理，通過規范化走線、表箱、封簽等硬件手段防范竊電行為的發生。

(4) 對未投運的光伏項目，加強設計審查、工程驗收工作，完成信息建檔備案工作。

(5) 對已投運的低壓光伏項目，加大現場用電檢查力度，縮短用電檢查周期，重點關注關口表前后接線。

(6) 在計量技術監督、質量跟蹤工作中加大對光伏用戶的抽檢比例，必要時進行現場檢驗測試。

(7) 進一步深入分析并開展技術研究，以現有的用電信息采集系統為基礎，研究開發軟件防范功能和硬件防范設備。

3 結論

分布式光伏發電并網后，對配電網運行安全、檢修安全以及計量安全等都帶來了一定的的影響。

在配電網運行安全方面，由于分布式光伏發電系統提供的峰值電流時間小于保護發送跳閘命令的時間，因此其對保護的影響可以忽略；對已投運的配電自動化系統無需對硬件作出改動，通過軟件調整就能夠適應分布式光伏發電并網接入。建議對中低壓配電網變電站10 kV出線開關保護的影響可以忽略；對更大容量的分布式光伏電源接入，可通過利用分布式光伏脫網特性與重合閘的配合來進行準確的故障定位。

在檢修安全方面，當對分布式光伏發電系統接入配電網的電網側設備進行維護或檢修作業時，分布式光伏發電系統的非計劃孤島運行狀態會對電力系統的設備以及人員的作業安全產生影響。建議完善檢修管理規程，加強對分布式并網光伏電源防孤島保護、失壓跳閘、檢有壓合閘等功能的檢測，建議采用聯動方式，加裝負控裝置和進線開關PT。

在計量安全方面，分布式光伏發電接入從技術上存在竊電的可能性，對電力系統的關口計量準確性產生影響。竊電將使分布式計費電能表多計發電量，分布式電源客戶以此騙取國家補貼。建議主要通過管理和現有技術手段防范此類行為，包括加強對《電力法》、《計量法》、《供電營業規則》的宣傳，加大智能電能表推廣應用和裝表接電管理，以及研發軟、硬件防范功能和設備。

1 張忠林，羅衛華，高 凱，等．分布式光伏并網對配電網的影響及解決措施[J]．供用電，2013(4)．

2014-05-10。

陳黎軍(1976-)，男，政工師，主要從事安全監督管理、電力設施安全保衛工作，email：chenlijun_wuxi@163.com。