分布式光伏發電并網系統研究與設計

姚金玲

摘 要： 近些年來，隨著能源危機日益緊迫，光伏產業得到了快速發展，而分布式光伏發電系統為最常見的光伏發電系統，且分布式發電系統并網后，對電網的系統穩定性、電能質量和運行的經濟性等方面都可能產生影響。因此要對其進行相應的研究和設計，希望對有關人士有所幫助。

關鍵詞： 分布式光伏發電；并網系統；設計要點

一、前言

我國對電力需求非常大，且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。但是為了實現分布式光伏柔性并網，科學地制定并網接入方案方面的研究比較少。因此一定要加強分布式光伏發電并網的設計，促使其構成一個站用電微網系統，形成一種變電站輔助設備新型高效節能用電的解決方案從而為變電站提供一個高效率、經濟可靠的供電環境。

二、光伏發電系統及并網的技術特點

1、光伏發電系統的特點

光伏發電技術是以光生伏打效應作為基礎，在此基礎上延伸得到的技術。太陽能電池兩端產生電動勢，光能由此轉換為電能，太陽能又通過光伏組件轉化為直流電力，直流檢測配電箱匯集到逆變器，直流電能轉換為交流電力，這就是光伏發電系統的原理。

光伏發電系統具有許多特點。系統由于受光照、溫度等外界環境因素影響，光伏發電系統工作點變化較快；光伏發電系統的輸出是直流電，輸入側的能源功率只能被動跟蹤當時光照條件下的最大功率點，而不能主動地在技術范圍內調控等等，這些都是光伏發電系統的主要特點。

2、光伏發電系統并網的特點

光伏發電系統的并網對電網的系統穩定性、電能質量和運行的經濟性都有一定的輔助作用，但是并網需要滿足條件：逆變器輸出之正弦波電流的頻率和相位需要與電網電壓的頻率和相位達到統一。就當前的光伏發電系統來看，主要有兩種形式的并網方式：集中式并網和分散式并網。

集中式并網是將發出的電能都直接輸送到大電網中，然后大電網統一調配輸送給用戶，光伏發電的集中式并網與大電網間的電力交換是單向的，因此比較適合離負荷點比較遠的大型光伏電站。分散式并網則是將發出的電能直接分配到用電負載上，多余的或者不足的電力則是通過聯接大電網來調節。分散式并網與大電網間的電力交換是雙向的，因此比較適合于小規模的光伏發電系統。

三、分布式光伏發電并網設計要點

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。

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。

3、繼電保護設計

光伏電源的并網會造成電網的結構及短路電流的大小、流向發生變化，配電網也從原來的單電源系統變成多電源系統。分布式電源側宜配置相應的繼電保護裝置，且配電網原有的系統保護和重合閘裝置需相應地調整，并需要具有方向性，確保配電網保護能準確、快速地切除故障。

（1）繼電保護配置

35/10kV電壓等級接入時，若光伏側設有母線，不必配置專用的母線保護裝置。當發生故障時，通過光伏的后備保護（線路保護）切除故障；并網點處需配置安全自動裝置，若線路保護具備失壓跳閘及低壓閉鎖合閘功能，也可不配置單獨的安全自動裝置。

專線接入時，線路保護需配置方向過電流保護（或距離保護，若靈敏度要求較高時，也可以配置縱差保護）。T接于配電網線路的分布式電源側應配置電流速斷保護。

（2）電壓波動率計算

光伏電源輸出功率受光照影響大，具有波動性、間歇性的特點，會引起電網電壓的波動和閃變。根據Q/GDW11147-2013《分布式電源接入配電網設計規范》的要求，光伏接入公共連接點造成的電壓波動dPV不能超過5%，GB/T12326-2008《電能質量電壓波動和閃變》給出了電壓波動率d的計算公式：d=ΔSi/Ssc

式中，ΔSi為三相負荷變化量，即指光伏工作容量，由于各電氣設備和電纜會造成電力損耗，光伏系統的發電效率通常≤80%，因此，光伏工作容量可以按照安裝容量PCOI的0.8倍計算。Ssc為公共連接點在正常較小方式下的短路容量，可以按照0.7倍的最大短路容量計算。

4、光伏接入系統的穩定性設計

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。

四、結束語

綜上所述，在設計中，電網的技術人員需要積極主動探尋解決分布式光伏發電系統并網的方法，使系統并網后仍能保證電網的規范安全運行，實現電網與光伏發電等分布式可再生能源發電的協調發展。■

參考文獻

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