分布式光伏發(fā)電對(duì)配電自動(dòng)化的影響及應(yīng)對(duì)探討

廣州南方電力集團(tuán)科技發(fā)展有限公司 廣東廣州 510000

摘要：分布式光伏發(fā)電作為可再生資源利用的重要形式之一，如今在我國(guó)逐漸得到應(yīng)用。但其是否可以適應(yīng)配電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行，仍然需要進(jìn)一步的研究。本文對(duì)分布式光伏發(fā)電對(duì)配電自動(dòng)化的影響作了系統(tǒng)分析，并給出了相應(yīng)的措施，以期能為有關(guān)方面的需要提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電；影響；應(yīng)對(duì)；探討

0 引言

所謂的分布式光伏發(fā)電，指的是采用光伏組件，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)，其遵循因地制宜、清潔高效、分散布局、就近利用的原則，是如今可再生資源利用的重要形式之一。而對(duì)于配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用對(duì)其有著一定的影響，需要我們采取有效措施做好應(yīng)對(duì)，以使兩者可以互相適應(yīng)，從而為我國(guó)配電網(wǎng)的建設(shè)帶來(lái)幫助。

1 分布式光伏接入對(duì)配電自動(dòng)化影響分析

即饋線自動(dòng)化影響和運(yùn)行監(jiān)控影響兩個(gè)方面。

1.1 饋線自動(dòng)化影響分析

饋線自動(dòng)化是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能，已建成配電自動(dòng)化系統(tǒng)采用的故障定位策略是依靠短路電流在配電網(wǎng)上的分布來(lái)進(jìn)行故障定位，傳統(tǒng)故障定位原理如下：如果一個(gè)區(qū)域的一個(gè)端點(diǎn)上報(bào)了短路電流信息，并且該區(qū)域的其他所有端點(diǎn)均未上報(bào)短路電流信息，則故障在該區(qū)域內(nèi)；若其他端點(diǎn)中至少有一個(gè)也上報(bào)了短路電流信息，則故障不在該區(qū)域內(nèi)。

對(duì)于分布式光伏發(fā)電接入饋線的情形，當(dāng)某個(gè)區(qū)域發(fā)生故障時(shí)，除了該區(qū)域的主電源側(cè)端點(diǎn)會(huì)流過(guò)主網(wǎng)電源供出的短路電流以外，該區(qū)域與分布式光伏發(fā)電連接的端點(diǎn)也會(huì)流過(guò)相應(yīng)分布式光伏發(fā)電供出的短路電流。在配電網(wǎng)短路情況下，分布式電源對(duì)饋線和開(kāi)關(guān)中流過(guò)的短路電流的影響可用圖1來(lái)說(shuō)明，當(dāng)2號(hào)饋線開(kāi)關(guān)B與C之間發(fā)生短路時(shí)：

（1）主電源和各個(gè)分布式光伏發(fā)電均向短路點(diǎn)注入短路電流，短路電流增大；

（2）短路點(diǎn)上游開(kāi)關(guān)S2和開(kāi)關(guān)B流過(guò)來(lái)自主電源、本饋線上游接入的光伏（PV2）和其他饋線上光伏（PV1和PV4）的短路電流；其中來(lái)自分布式光伏發(fā)電的短路電流使得故障段饋線電壓上升，從而導(dǎo)致主電源供出的短路電流與沒(méi)有光伏時(shí)相比有所降低。

圖1 分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)短路電流的影響

若主網(wǎng)電源供出的短路電流與分布式光伏發(fā)電供出的短路電流相差較大時(shí)，可以通過(guò)提高短路電流上報(bào)閾值，來(lái)區(qū)分主網(wǎng)電源與分布式光伏發(fā)電供出的短路電流，從而根據(jù)短路電流信息進(jìn)行故障定位。當(dāng)主網(wǎng)電源與分布式光伏發(fā)電供出的短路電流相差不大時(shí)，則難以進(jìn)行區(qū)分，依靠傳統(tǒng)故障定位原理進(jìn)行故障定位可能發(fā)生誤判。

例如，對(duì)于圖2的情形，區(qū)域（A，B，C）內(nèi)部故障時(shí)，開(kāi)關(guān)S和A流過(guò)主電源供出的短路電流，開(kāi)關(guān)B、E和G流過(guò)分布式光伏發(fā)電（PV）供出的短路電流，若兩者差別較大，則可以通過(guò)設(shè)置恰當(dāng)?shù)亩搪冯娏魃蠄?bào)閾值，使得只有S和A上報(bào)短路電流，依據(jù)傳統(tǒng)故障定位原理可以正確判斷出故障發(fā)生在區(qū)域（A，B，C）內(nèi)。

圖2 分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的情形

若主網(wǎng)電源與分布式光伏發(fā)電（PV）兩者供出的短路電流差別不大，則難以設(shè)置出恰當(dāng)?shù)亩搪冯娏魃蠄?bào)閾值，可能造成S、A、B、E和G均上報(bào)短路電流信息，依據(jù)傳統(tǒng)故障定位原理無(wú)法正確地判斷出故障區(qū)域。

系統(tǒng)短路容量越小、故障區(qū)域距離主電源越遠(yuǎn)，則主電源供出的短路電流越小；故障區(qū)域?qū)?cè)的分布式光伏發(fā)電容量越大、距故障點(diǎn)越近則分布式光伏發(fā)電供出的短路電流越大。通過(guò)對(duì)不同光伏接入容量、不同系統(tǒng)短路容量、不同導(dǎo)線型號(hào)的配電網(wǎng)短路進(jìn)行仿真結(jié)果分析可知：

（1）針對(duì)電纜線路，在最不利條件下，當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入容量占負(fù)荷容量25%，供電半徑在15km以?xún)?nèi)，或接入容量占負(fù)荷容量達(dá)到50%，供電半徑在5.9km以?xún)?nèi)，饋線自動(dòng)化不受到分布式光伏發(fā)電接入的影響，無(wú)需做調(diào)整。

（2）針對(duì)架空線路，在最不利條件下，當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入容量占負(fù)荷容量25%時(shí)，供電半徑6.3km以?xún)?nèi)，或接入容量占負(fù)荷容量達(dá)到50%時(shí)，供電半徑1.9km以?xún)?nèi)，饋線自動(dòng)化故障定位不受到分布式光伏發(fā)電接入的影響，無(wú)需做調(diào)整。

一般城市配網(wǎng)電纜饋線供電半徑大部分都在5km以?xún)?nèi)，在分布式光伏發(fā)電接入容量不超過(guò)饋線載流量25%的條件下，各公司的電纜饋線基本都能滿(mǎn)足傳統(tǒng)故障定位規(guī)則要求。

針對(duì)供電半徑較長(zhǎng)的架空線路則可能出現(xiàn)傳統(tǒng)故障定位原理不能適應(yīng)的情況，需要進(jìn)一步對(duì)架空線路的饋線自動(dòng)化功能做出調(diào)整。

1.2 運(yùn)行監(jiān)控影響分析

分布式光伏發(fā)電接入電網(wǎng)還改變了配電網(wǎng)的潮流分布，影響著配電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)電壓分布。一方面，分布式光伏發(fā)電的合理配置對(duì)配電網(wǎng)的電壓具有支撐作用；另一方面，分布式光伏發(fā)電的無(wú)約束運(yùn)行可能導(dǎo)致配電網(wǎng)某些節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)過(guò)電壓或嚴(yán)重電壓波動(dòng)。

對(duì)分布式光伏發(fā)電大量接入對(duì)配電網(wǎng)電壓偏差和電壓波動(dòng)仿真結(jié)果如圖3和圖4。分析結(jié)論如下。

Y：母線電壓升，X：PV容量與短路容量比，

Y：母線電壓，X：PV容量與短路容量比

圖3 光伏容量對(duì)母線電壓抬升量及母線電壓的影響

圖4 不同光伏容量對(duì)饋線末端電壓的影響

負(fù)荷沿線遞減且分布式光伏集中于饋線末端時(shí)，對(duì)電壓越限及電壓波動(dòng)的影響最突出。

對(duì)于單電源輻射式接線的配電網(wǎng)，無(wú)論分布式光伏發(fā)電電源在何處并網(wǎng)，饋線末端的電壓波動(dòng)總是最大。

光伏功率波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)與光伏容量和饋線長(zhǎng)度成正比。

光伏輸出功率的變化量越大，引起相關(guān)配電線路的電壓波動(dòng)越大。

2 分布式光伏接入對(duì)配電自動(dòng)化應(yīng)對(duì)措施

2.1 饋線自動(dòng)化應(yīng)對(duì)措施

Q/GDW480-2010《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定，非有意識(shí)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。據(jù)此，可采用分布式光伏發(fā)電脫網(wǎng)特性與重合閘的配合來(lái)消除短路電流中分布式光伏發(fā)電的影響。具體改進(jìn)的策略如下。

（1）增加變電站重合閘延時(shí)時(shí)間，故障發(fā)生后2s內(nèi)，該饋線上的分布式光伏發(fā)電全部從電網(wǎng)脫離。變電站出線斷路器跳閘后經(jīng)2.5s～3.5s延時(shí)進(jìn)行重合，若是永久性故障，則變電站出線斷路器再次跳閘，此時(shí)配電自動(dòng)化系統(tǒng)二次采集到的故障信息就排除了分布式光伏發(fā)電的影響。

（2）配電終端上送過(guò)流信號(hào)不作保持，縮短信號(hào)保持時(shí)間在1s內(nèi)。

現(xiàn)有配電終端通常為考慮過(guò)流信號(hào)可靠上送及線路巡檢等原因，將過(guò)流信號(hào)保持較長(zhǎng)時(shí)間（數(shù)分鐘或小時(shí)），這將影響二次過(guò)流信號(hào)的上報(bào)。需要將過(guò)流信號(hào)的保持時(shí)間縮短或不作保持，但要保證信號(hào)的可靠上送。

主站故障處理功能需要增加對(duì)兩次過(guò)流信號(hào)的疊加分析功能。應(yīng)用于架空線路的饋線自動(dòng)化，配電自動(dòng)化主站故障處理功能軟件需要增加過(guò)流信號(hào)疊加分析的功能。主站將重合閘前后兩次收到的配電線路過(guò)流信號(hào)進(jìn)行疊加匹配分析，對(duì)故障進(jìn)行定位和分析處理。

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電接入容量超過(guò)線路容量的25%時(shí)，需要重新整定配電終端上報(bào)故障信息的閾值，提高設(shè)定值。具體整定原理如下。

設(shè)饋線末端發(fā)生兩相相間短路時(shí)的短路電流為I\"SC.min，靈敏度系數(shù)為Ks，Ks一般可取1.5～1.8，則配電終端的故障上報(bào)閾值Iset可整定為：

（1）

其中I\"SC.min考慮了分布式光伏對(duì)主電源供出的短路電流的影響。設(shè)不考慮分布式光伏時(shí)饋線末端最小兩相短路電流為ISC.min，饋線上分布式電源的額定電流為IPV，則式（1）整定計(jì)算所用的短路電流可按下式估算：

上述改進(jìn)策略對(duì)于接入任意容量的分布式光伏發(fā)電的情形都適用，并且不必改變配電自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件，只需在故障處理應(yīng)用軟件中略加改動(dòng)即可。

2.2 運(yùn)行監(jiān)控應(yīng)對(duì)措施

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行擴(kuò)大了配電調(diào)度運(yùn)行監(jiān)控的范圍，增加了對(duì)配電網(wǎng)電壓分布監(jiān)控的要求以及對(duì)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入運(yùn)行控制管理的要求，其復(fù)雜性和難度將隨著分布式光伏發(fā)電滲透率的提高而增加。

對(duì)配電自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行監(jiān)控改造可以分為兩個(gè)階段實(shí)施：

（1）分布式光伏發(fā)電接入容量小于線路容量的25%時(shí)，主站系統(tǒng)增加對(duì)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)控的基本功能。

（2）分布式光伏發(fā)電接入容量大于線路容量的25%時(shí)，需要配備分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行分析擴(kuò)展功能。

2.2.1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)控基本功能

（1）分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)監(jiān)測(cè)功能

在現(xiàn)有的配網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控功能的基礎(chǔ)上，增加對(duì)10kV高壓側(cè)并網(wǎng)點(diǎn)及380V低壓側(cè)相關(guān)光伏接入信息的監(jiān)測(cè)和控制，詳細(xì)情況如表1所示。

表1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)配電網(wǎng)新增監(jiān)控信息表

針對(duì)分布式光伏發(fā)電接入10kV配電網(wǎng)并網(wǎng)情況，按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》要求，實(shí)時(shí)采集并網(wǎng)運(yùn)行信息，主要包括并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率、光伏發(fā)電量等，并上傳至相關(guān)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)；配置遠(yuǎn)程遙控裝置的分布式光伏，應(yīng)能接收、執(zhí)行調(diào)度端遠(yuǎn)方控制解并列、啟停和發(fā)電功率的指令；分布式光伏發(fā)電應(yīng)裝設(shè)滿(mǎn)足GB/T19862《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》要求的A級(jí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。

針對(duì)分布式光伏發(fā)電接入380V配電網(wǎng)的情況，分布式光伏的電能計(jì)量裝置應(yīng)具備電流、電壓、電量等信息采集和三相電流不平衡監(jiān)測(cè)功能，采集數(shù)據(jù)上傳至相關(guān)電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)。

（2）分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)接入運(yùn)行控制管理

分布式光伏發(fā)電運(yùn)行方式及安全管理，實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)/退出安全操作監(jiān)視與校驗(yàn)；分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)/退出管理按照并網(wǎng)調(diào)度等相關(guān)協(xié)議流程執(zhí)行。

2.2.2 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)擴(kuò)展功能

（1）含分布式光伏發(fā)電的配電網(wǎng)電壓無(wú)功優(yōu)化

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，會(huì)使得沿饋線的各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓有所提高，甚至某些節(jié)點(diǎn)的電壓會(huì)超過(guò)上限，對(duì)用戶(hù)產(chǎn)生影響；分布式光伏發(fā)電的投退，也會(huì)導(dǎo)致饋線電壓波動(dòng)。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，只能在一定程度上改善配電網(wǎng)的無(wú)功不足，且有些分布式電源不但不能提供無(wú)功功率反而會(huì)消耗無(wú)功功率，含分布式光伏發(fā)電的配電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化采用合適的無(wú)功控制方案實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓在規(guī)定范圍內(nèi)，具體包括在合適的節(jié)點(diǎn)位置安裝合適容量的無(wú)功電源進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，降低系統(tǒng)網(wǎng)損以及對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置的綜合優(yōu)化控制。

（2）分布式光伏發(fā)電計(jì)劃調(diào)度及功率平衡分析

分布式光伏發(fā)電大量并網(wǎng)，高滲透率情況下，分布式光伏發(fā)電計(jì)劃調(diào)度及功率平衡分析考慮到分布式電源出力的不規(guī)律性，結(jié)合發(fā)電預(yù)測(cè)以及負(fù)荷預(yù)測(cè)，以區(qū)域電量平衡為原則，制定調(diào)度周期內(nèi)各時(shí)段的分布式光伏發(fā)電功率控制策略，形成一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的分布式光伏發(fā)電調(diào)度計(jì)劃，并對(duì)分布式光伏發(fā)電功率計(jì)劃的下發(fā)、調(diào)整以及執(zhí)行結(jié)果監(jiān)視的進(jìn)行管理。

3 結(jié)論

綜上所述，分布式光伏發(fā)電作為一種新的再生能源利用形式，其與配電網(wǎng)之間的適應(yīng)問(wèn)題需要得到有效的解決。因此，我們就需要分析兩者間的影響，并采取有效措施做好控制與管理，從而促進(jìn)分布式光伏發(fā)電又好又快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]于磊、許麗麗、周鑫.分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的影響及對(duì)策[J].華北電力技術(shù).2013（10）.

[2]許曉艷、黃越輝、劉純、王偉勝.分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限的解決方案[J].電網(wǎng)技術(shù).2010（10）.