分布式光伏發電并網設計探討

梁建賓 田海濤

摘要：分布式光伏發電并網設計是當前各個地市設計公司面臨的挑戰，伴隨太陽能發電設備的降價及國家的鼓勵政策，越來越多的企業和用戶開始利用光伏太陽能來發電，并根據容量多少接入相應電網。作為設計者而言，合理的并網設計是高效利用能源的前提。文章以110kV電網接入為例，探索了分布式光伏發電并網的設計相關要素。

關鍵詞：分布式光伏發電；并網設計；太陽能發電；發電設備；電網建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM615 文章編號：1009-2374（2016）20-0008-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.004

太陽能資源是當今發電系統中重要的無污染清潔能源，光能資源的利用不僅可以解決當前電力短缺的問題，同時可以從環境上改善民生，促進電力技術的發展和應用。作為電力需求的大國，中國在光伏發電技術上的應用逐步走向前列，其入網設計等級涵蓋當前的各個電壓等級。作為輸電網重要的電壓等級110kV，其光伏電能的并網更是從客戶配電端輸送電流，將實現光伏電能的最大利用化。

1 設計要點

光伏發電系統設計主要涉及光伏接入電壓等級、接入路徑選擇、變電站入網穩定計算、變壓器通信控制光纜、環境評價、投資估算及經濟效益分析。

從以往的設計出發，如《黃石鐵山光伏接入系統可研報告》，其從接入系統的電壓等級、路徑選擇、穩定計算條件、通信設備及投資估算方面做了分析，較為全面地分析了分布式發電并網的相關要求。但從深度出發，該可研報告仍可以從其他方面進行深化研究，本文從該可研報告出發，分析分布式發電并網設計的深度探索研究，以期望更好地做好分布式電源的接入工作。

1.1 設計入網問題

接入電壓等級及接入變電站選擇是分布式光源并網的重點，依據國家電網公司給出的分布式電源接入相關要求，從電網優化設計方案出發，綜合合理考慮周邊電網的結構、周邊的路徑現狀及城市規劃布局。如本文提到的黃石鐵山光伏接入系統的裝機容量為50MVA，同時考慮周邊無35kV電壓等級，考慮從110kV電壓接入。黃石鐵山光伏接入系統周邊有2座220kV變電站、2公用3專用共5座110kV變電站，設計從間隔使用及擴建角度出發，考慮了110kV、220kV變電站實際間隔情況，然后根據變電站的距離、運行情況、線路及變電站的負載率出發，綜合考慮各方面因素，選擇了設計的最終接入變電站。

1.2 設計路徑問題

路徑選擇是接入系統報告面臨的一項重要問題，可行的路徑及最優的路徑方案，不僅要滿足國網要求的線路典型設計（雙聯絡、單環網、雙輻射等），更要使得線路設計最優化、經濟最優化，為達到以上要求，本文涉及的可研從鐵山城區通過，從導線選擇上可選用架空線及電纜，從線路廊道上可直接從城區主干網絡通過也可從山邊沿綠化道通過（線路相對前者超20%），通過技術性及經濟性比較，最終選用了較為經濟的架空線路，避免從城區與水網、石油管道及地下通信電纜相交叉現象。

路徑選擇不僅要考慮以上問題，更要考慮線路線徑的選擇，合理的導線型號不僅可以滿足當前傳送的功率，更要滿足遠期電網功率的傳送，在設計時更要考慮線徑的大小適度，這不僅可以降低線路電能損失，更能做到線路的投資最優化，杜絕線路的浪費投資及重復投資現象。

1.3 環境評估與效益

從節能、環保、經濟角度出發，分布式光伏發電的并網是充分利用可再生能源，且不需要消耗任何燃料，且相比傳統發電模式，可節約大量的燃煤量。下面的公式反映了光伏發電的節約燃煤量：

式中：為節約燃煤量；nhs為總小時數；為光伏發電機組替代的容量；為第i個小時光伏額定發電百分比；為常規能源機組效率；LCV為常規機組燃煤的低位熱值（kJ/kg）。

光伏相比傳統能源發電，具有明顯的環境無污染優勢，且不用因污染而采取清除與賠償成本。

根據當前國家電網鼓勵分布式光伏的入網條件，光伏發電的收益可用以下公式計算：

式中：R（t）為每平方米太陽能電池板光照；（t）

為系統轉換效率；n為壽命年；為每年能量消耗的數目；為每年能量消耗的能量；P為當前電價。

2 深度研究

第一，從國網典型設計出發，不考慮專用及公用問題，多角度對線路的改造進行優化設計，如接入專用線路或接入專用變電站，將其均看作公共資源，以便設計出最優電網結構模式。在當前，面對經濟的發展，專用線路、專用變電站的資源越來越稀缺，變電站的間隔及線路走廊問題日益突出，因此在當前設計中可考慮將專網線路及專用變電站納入到主網中，將有限的電網資源利用擴大化。同時形成有效的雙聯絡、雙環網、單環網、πT接線等模式，不僅可以提高變電站及電能資源的利用率，同時可以提升專用變電站或用戶的電能質量及供電能力。以本文中所舉的工程為例，其現有變電站的接線方式及規范后的電網接線如圖1所示：

從圖1中可以看出，現有的接線模式為：220kV鐵山變電站→110kV橋洞變（T接110kV土橋降壓站）→（T接110kV還地橋變）→下陸變電站；220kV鐵山變電站→110kV橋洞變→紅峰牽引站；220kV秀山變→110kV華祥降。若將線路按公專網相連，不考慮專線專用，可設計成如圖所示：20kV鐵山變電站→110kV橋洞變（T接110kV土橋降壓站）→110kV華祥將變→220kV秀山變電站；220kV鐵山變電站→110kV橋洞變→紅峰牽引站→110kV還地橋變電站→220kV秀山變電站。從這兩張圖中可以看出，下圖比上圖的優勢在于110kV變電站土橋降、華祥降、紅峰牽引站、橋洞變、還地橋變的供電能力提升，有同一座變電站供電可轉為兩座變電站供電、線路走廊充分利用、變電站的間隔利用率也大大提升。從根本上下圖相比上圖具備一定的經濟優勢和設計優勢，也是對當前經濟能源、土地資源最大化的一種表現。

第二，考慮光伏接入系統的穩定計算問題，光伏接入是否帶來電壓的異常、是否對調度的運行產生大的影響等。光伏接入的電壓等級、變電站的負載能力、是否升壓、是否倒供、是否改變電壓大小等均是設計考慮的主要問題。因光伏發電具備點多面廣問題，因此在接入電網系統中不再是像發電廠那樣得升壓作為電源首端輸出電能，分布式光伏發電將根據地理優勢，廣布點接入電網，因此電能質量、頻率、電壓穩定等均成為分布式電源的校驗重點。本文舉例工程從220kV鐵山變入網，該220kV常供110kV電能為61.5MW，大于光伏發電的最大負荷50MW，因此在傳送時不考慮其電能送往上級情況，但在此電壓變化中，需考慮電壓由光伏側至鐵山變電站側的電壓降，對加入無功補償或調壓器對電壓進行補償，以降低電壓波動，滿足電壓電能傳送標準。

第三，考慮光伏接入的電壓頻率。分布式電源入網的頻率變化也是電能調節的重點，根據國網電能頻率的標準，一般采用50Hz頻率，在低于或高于該頻率5%的情況都視為電壓不合格，因此在分布式電源入網側需對電壓進行測量、并對電能的傳送功率進行計量，對于過大或過小的電壓需進行相應矯正，以滿足電能供網的需求。

3 市場價值

分布式光伏發電并網是否具備應有的使用價值及推廣價值，已經得到論證。從本文的實例分析，該分布式電網的接入，其年產發電量、投資總成本等，經過計算，預計約8年可收回投資，從字面上看，該效益上尚在可接受的范圍內。但考慮到環境氣候的影響及電能傳送的影響，該效益需打20%折扣，預計約10年收回成本。因此在可研設計階段不僅要考慮電能的入網問題，更要從側面考慮該方案是否具備可行性，是否在將來因投資效益問題而擱置，白白浪費電網的有限資源等問題。

分布式電源的入網若取得成效將帶動其他地區該產業的發展，因此在設計時是否考慮模塊化建設，是否針對該類型的問題提出模塊化建議。在設計時，是否在考慮個性化設計的同時考慮設計的普及化，這是設計分布式電源的一個切入點，考慮電壓質量測量、接入系統模塊、接入電壓頻率測試等均可以設計成模塊化，因此好的設計可以帶來類同化的效益，同時對設計結構進行普及推廣，有效提升分布式電能的能源占比。

4 結語

通過簡要分析分布式電能的接入設計，引出了當前值得深思的問題，分布式光伏發電的并網是否得到足夠快的推廣，不僅與當前典型設計有關，更應與設計的思路變更（充分利用現有電網資源）、設計的市場推廣應用有關，優秀的設計理念可以提升設計成品的實踐化、遍布化。

參考文獻

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