分布式光伏接入對配電自動化的影響及應對措施研究

杜江龍

（國網天津市電力公司武清供電分公司，天津 301700）

隨著分布式光伏發電的并網，電力系統在組成結構和運行模式發生了改變，配電網從輻射式網絡逐步轉變為多電源分布的水平網絡。一旦分布式光伏發電量在總發電量中到達一定比重后，傳統的配電自動化技術將不能保證其正常運行。如何解決分布式光伏發電并網后配電自動化的相關問題，是目前電力系統面臨的主要問題之一。我國的分布式發電技術的發展十分迅速，尤其是分布式光伏發電得到廣泛的應用和推廣，分布式光伏發電大量接入將對配電自動化產生了一定的影響，截至目前國家電網公司在多個城市開展了核心區配電自動化系統試點工程，取得不錯成績的同時也暴露出了一些問題。

1 對配電自動化影響

通過理論分析和實踐驗證可以看出，分布式光伏接入對配電自動化系統的影響，主要體現在以下兩個方面：第一，饋線自動化；第二，系統的運行監控。

1.1 對饋線自動化影響分析

饋線自動化作為配電自動化系統中最為關鍵的內容之一，其對電網供電的穩定性有著十分重要的作用，傳統的配電自動化系統中的故障定位策略主要是通過檢測電網上短路電流的分布來進行故障定位，其原理可以概括為如下內容：當系統中某個區域內的某個端點上檢測到了短路電流，并且在該區域范圍內的其他端點都沒有檢測到了短路電流，那么就可以判定故障的范圍在該區域之內；當系統中某個區域內的某個端點上檢測到了短路電流，但是在該區域范圍內的其他端點中也有一個以上的斷電檢測到了短路電流信息，那么就可以判定故障不在該區域之內。[1]

針對分布式光伏發電接入后的饋線故障定位，需要依據以下判定原則，當系統中某個區域內發生故障時，與傳統模式不同，主電源側端點不僅會流經主網電源供出的短路電流，光伏發電連接端點同樣也會流經光伏發電供出的短路電流。

如圖1 含分布式光伏發電的電網系統電路原理示意圖所示，當2 號饋線開關B 和C 之間的端點發生短路時：

圖1 含分布式光伏發電的電網系統電路原理示意圖

（1）不僅主電源會向短路點注入短路電流，分布式光伏發電也會向短路點注入短路電流，這就會導致短路電流的增大。

（2）開關S2、B 就不僅會流過主電源的短路電流，其所在饋線上游的光伏（PV2）以及系統中其他饋線上光伏（PV1、PV4）也會流經開關S2、B；而且分布式光伏發電的短路電流還會導致故障段的饋線電壓有所增加，使得主電源側供出的短路電流會有一定程度地降低。

一旦主電源與分布式光伏發電的短路電流的差值足夠大，此時就要通過提高短路電流上報閾值，來區分短路電流的供出情況，然后進行故障定位。當差值不大時，就很難對供出情況進行判定，此時應用傳統故障定位模式就可能會導致誤判。

根據相關研究結果表明，隨著電網系統的短路容量的減小、故障區域距離的增大，主電源供出的短路電流會更加的小；同樣，隨著系統中光伏發電容量比重的增大、故障區域距離的縮短，短路電流會有不同程度增大。通過對系統進行仿真模擬可以看出：

（1）對于電纜線路而言，當光伏發電容量比重達到25%，且供電的半徑不大于15km，或者容量占負荷容量達到50%，且供電半徑不大于5.9km，這兩種情況下饋線自動化不會受到影響。

（2）對于架空線路而言，當光伏發電容量比重達到25%，且供電的半徑不大于6.3km，或者容量占負荷容量達到50%，且供電的半徑不大于1.9km，這兩種情況下饋線自動化不會受到影響。

目前大部分的城市配網電纜饋線的供電半徑均小于5km，當光伏發電接入容量低于25%時，傳統的故障定位原則可以滿足故障的需求。[2]目前我國主要城市內普遍存在一些供電半徑過長的架空線路，這就很可能會造成傳統故障定位原理不適用的情況產生，此時就需要根據實際情況對饋線自動化做出合理的調整。

1.2 運行監控影響分析

分布式光伏發電并網還會對配電網的潮流分布產生不同程度的影響，其中對穩態電壓分布的影響最為明顯。第一，通過合理配置分布式光伏發電可以對系統電壓起到一定的支撐作用；第二，如果分布式光伏發電在系統中進行無約束的運行，就會導致系統內某些節點的電壓出現波動。

2 分布式光伏接入對配電自動化應對措施

2.1 饋線自動化應對措施

參考《分布式電源接入電網技術規定》中的內容，其中明確規定了非有意識孤島的分布式光伏發電必須在饋線故障后2s 內從電網脫離。因此，根據分布式光伏發電脫網特性，結合其與重合閘的統籌運行，以此消除分布式光伏發電的影響。

2.1.1 合理設置重合閘延時參數

在故障發生后2s 內，故障所在饋線上的分布式光伏發電會脫離電網。此時變電站在出線斷路器跳閘后，需要在持續等待2.5s～3.5s 的延時后才可以執行合閘操作，如果故障為永久性的，那么變電站出線斷路器就會再次跳閘。

2.1.2 合理設置過流信號保持時間

合理設置送過流信號將其控制在1s 以內。在當前的配電自動化運行模式中為了保證過流信號上送的可靠性以及考慮線路巡檢等情況，過流信號的保持時間一般較長（多數為幾分鐘甚至幾小時），二次過流信號的上報也會因此受到波及。因此需要在保證信號可靠上送的前提下，縮短保持時間。此外，主站的故障處理系統還要具備對兩次過流信號進行疊加綜合分析的能力。系統通過對兩次過流信號進行耦合疊加和綜合分析，可以對故障進行準確的定位處理，并提供相應的數據。

2.2 運行監控應對措施

隨著大量分布式光伏發電的并網，配電調度運行監控的范圍也不斷地增加，這就對配電網電壓分布監控和運行控制管理提出了更高的要求，相較于傳統電網系統而言其更加復雜，并且隨著分布式光伏發電容量占比的增加，難度也進一步提升。對運行監控方面的改造可以分為以下兩個情況：第一，當分布式光伏發電接入容量比重不大于25%，系統只需要增加針對分布式光伏發電的監控功能即可；第二，當分布式光伏發電接入容量比重大于25%，則需要系統配備相應的分析擴展功能。

2.2.1 并網監控基本功能

分布式光伏發電并網監測功能增加對10kV 及380V 光伏接入信息的監測和控制。第一，對于10kV 配電網并網情況，按照相關技術標準，實時采集運行信息，并上傳至調度部門；其中配置遠程遙控裝置的分布式光伏，需要具備接收、執行調度端指令的功能；第二，針對380V 配電網并網的情況，其電能計量裝置需要均被采集電流、電壓、電量等信息以及三相電流不平衡監測等功能。

2.2.2 并網擴展功能

（1）電壓無功優化

分布式光伏發電并網后，各負荷節點的電壓會有一定的提升甚至超出上限。雖然可以在一定程度上優化電網的無功不足，但是也存在部分分布式電源不能提供無功功率，配電網的無功優化采用合適的無功控制方案，進而實現配網節點電壓在規定范圍內。

（2）發電計劃調度及功率平衡分析

分布式光伏發電的大量并網，發電計劃調度及功率平衡需要充分考慮電源出力的情況，在結合所在區域的發電和負荷預測的前提下，以電量平衡為基本原則，根據電網的實際運行情況，制定合理的控制策略，進而形成伏發電調度計劃。

3 結語

隨著清潔能源利用率的不斷提升，分布式光伏發電所占的比重也會逐步提升，筆者結合切身實踐，通過分析分布式光伏發電并網的影響，提出了合理設置重合閘延時參數和過流信號保持時間來解決其饋線自動化的影響，通過優化分布式光伏發電并網監控系統，來保障電網的運行監控。