發電廠內光伏電站并網側電源安全運行的探討

許 震

(國家能源集團諫壁發電廠，江蘇 鎮江 212006)

0 引言

發電廠內光伏電站是通過其廠用電系統進行保障性消納從而實現商業運行的光伏項目，為火力發電企業綠色轉型、多元發展提供了示范。隨著發電廠內光伏發電項目的建設、調試、投產和運行，光伏電站的運營、維護、托管成為重點課題，其中光伏電源并網側電源的運維顯得尤為重要。

1 廠內光伏電站配置

某火電廠利用廠區內閑置地面和建筑物屋頂，采用“廠用電接入、全額上網”模式建設光伏發電項目，總容量約8.1 MW (峰值功率)，年平均發電量約807.084萬kWh，年發電利用小時數約996.4 h。

該光伏工程采用固定式安裝，地面區域電池方陣的固定傾角為15°，混凝土屋頂區域電池方陣的固定傾角為8°，彩鋼瓦及車棚區域電池方陣采用順坡平鋪。

項目采用兩個子系統，1， 2號子系統發電單元裝機容量分別為4.266 MW， 3.834 MW，其電池組件均為每18/20塊組成1串，并列多路接入1臺逆變器，其中1號子系統的1B，2B，3B箱變輸入的是逆變電壓分別為0.4 kV，0.4 kV，0.8 kV的三相交流電，2號子系統的4B，5B，6B箱變輸入的逆變電壓均為0.4 kV的三相交流電，各單元經升壓并入電廠的6 kV廠用電系統A段。

2 光伏配置的安全影響因素分析

分布式光伏電源接入廠用電系統后，對廠用電系統傳統的管理提出了新的挑戰，其接入不僅改變了廠用電系統的電源供電模式，還對廠用電系統的安全、穩定運行帶來較大影響。受天氣和光照強度的影響，光伏電源的輸出功率具有間歇性、波動性的特點，對供電可靠性、電能質量及運行檢修等都產生了較大影響。光伏對廠用系統的影響主要涉及電壓波動、諧波的污染及直流分量的考量，同時需要考慮光伏非計劃性孤島及繼電保護與安全自動裝置的影響。

2.1 電壓波動

光伏發電裝置的實際輸出功率隨著光照強度的變化而變化，白天光照強度最強時，發電裝置輸出功率最大，夜間幾乎無光照后輸出功率基本為零。而實際運行中，太陽光照強度的變化過程是一個平緩持續的過程，光伏發電項目送出功率變化引起系統側的電壓水平的變化同樣較為緩慢，從發電實際工況曲線也可看出，光伏電站接入廠用電系統所導致的系統側電壓波動和閃變均可滿足要求。

2.2 諧波污染

分布式光伏電源供出的直流電須經由逆變器逆變成交流電，方可并入系統，而接入電網的逆變器含有大量的電力電子元器件，逆變器元件的頻繁開通與關斷會產生大量諧波分量，進而引起廠用系統的諧波污染。這一問題隨著電力電子技術的不斷發展及控制方法的成熟，特別是基于PWM逆變技術的應用，逆變器的輸出特性已大為改觀，輸出電能已基本能夠滿足電能質量的要求，但仍需要采取降低諧波源的諧波含量，以及利用濾波器進行濾波等措施來抑制諧波，使產生的諧波電壓(電流)滿足條件。

項目由于容量較小，且光伏電站出現的問題主要是由光伏逆變器設備引起的電能質量問題，當光伏逆變器設備的相關指標符合規定時，分布式光伏并網引起的廠用電系統電壓偏差、諧波、閃變及電壓波動、三相不平衡等電能指標一般均可滿足國家標準。根據計算，此次光伏電站接入系統諧波電壓總諧波畸變率為0.013 %，滿足要求。

2.3 直流分量

光伏電站逆變器輸出經升壓變壓器升壓后接入廠用電系統，升壓變壓器低壓側繞組采用三角形接線將直流分量隔離，故直流分量不會傳送到廠用系統，滿足《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》中的相關要求。

2.4 光伏非計劃性孤島

分布式光伏引起的非計劃性孤島運行可能對電網負載或人身安全造成危害。電力孤島區的供電電壓與頻率出現不穩定，電網恢復供電時會引起較大的電流沖擊。另外，廠用電母線系統檢修期間要將分布式光伏發電作為安全風險點納入計劃檢修管理，否則將直接對檢修人員人身安全產生威脅。

作為運行與檢修部門，要加強分布式光伏發電的管理，如在廠用電系統接線圖中注明光伏電源的項目，工作票系統中將光伏電源作為安全風險點，現場安全措施應考慮光伏電源的隔離，現場開工作業時告知光伏發電可能來電的方向等。

2.5 繼電保護與安全自動裝置

分布式光伏接入廠用電系統運行，需對并網運行的分布式光伏系統配置相關的繼電保護裝置和故障解列等安全裝置。當分布式光伏線路本身或分布式光伏所接入的廠用系統發生故障，所配置的防孤島保護應能可靠動作，及時切除故障點，保證動作時間與廠用快切裝置的時間配合，從而確保供電質量，減少廠用系統設備的損壞以及對于檢修人員的人身威脅。

2.5.1 光伏并網側需配置安全自動裝置

并網光伏發電系統會對配電網的電壓與頻率質量及其控制造成一定影響，光伏并網側需配置安全自動裝置，一般應具備低壓解列、低頻解列、過頻解列、過壓解列等基本功能，以及實現頻率電壓異常緊急控制功能、跳開光伏并網側斷路器功能等。

2.5.2 加裝防孤島保護裝置

若光伏發電容量相對于負載比例較小，當廠用系統失電后，電壓、頻率會快速衰減，逆變器可以準確檢測出來。但隨著光伏發電容量的不斷加大，并網光伏發電系統中會有多種類型的并網型逆變器接入同一并網點，導致互相干擾，同時在出現發電功率與負載基本平衡時，抗孤島檢測時間會明顯增加，甚至可能出現檢測失敗，故在并網型逆變器具備孤島保護功能的前提下，仍要求光伏系統并網點加裝防孤島保護裝置，這是為了實現防孤島保護準備的二次防護。

逆變器防孤島保護與光伏并網點防孤島保護裝置的動作范圍不一樣，逆變器檢測市電消失后自動關機退出運行，而并網點防孤島保護裝置動作跳開并網開關。

防孤島保護裝置作用于光伏電站的小電源并網供電系統，在發生孤島現象時，該保護裝置可以快速切除并網點，使電站與電網側快速脫離，從而保證整個電站的安全以及相關維護人員的生命安全。該站采用國電南瑞NSR659RF-D防孤島保護裝置，其保護裝置柜內有以下保護壓板：投裝置檢修壓板、投低壓解列、投低頻解列、投過壓解列、投高頻解列。

2.5.3 廠用電快切裝置增設聯跳開關邏輯

為了消除光伏并網電源對機組廠用電系統廠用電快切裝置的影響，在6 kV廠用電快切裝置切換邏輯中，增設聯跳光伏并網側開關回路，光伏并網側開關先跳開作為廠用電備用開關合閘條件之一。

2.5.4 低電壓穿越保護

逆變器的低電壓穿越保護指當電力系統事故或擾動引起光伏電站并網點電壓跌落時，在一定的電壓跌落范圍和時間間隔內，光伏電站能夠保證不脫網連續運行的功能。根據NB/T 32005—2013《光伏發電站低電壓穿越監測技術規程》的規定，低電壓穿越功能適用于35 kV及以下的電壓等級并網，以及通過10 kV等級與公共電網連接的新建、擴建和改造的光伏發電站。

低電壓穿越能力需要由逆變器實現，故并網側電源開關就不考慮此功能了。

2.5.5 光伏并網側開關保護裝置

采用國電南瑞NSR612RF-D線路保護測控裝置，保護壓板有保護跳閘壓板、投快切跳閘壓板、孤島保護跳閘壓板(由防孤島保護裝置1CLP1壓板來承擔)、投檢修態壓板、低周減載壓板(不投)、低壓減載壓板(不投)等。

3 日常操作說明

3.1 光伏并網分合閘采用DCS遙控方式

光伏并網開關分合閘操作采用DCS遙控方式，具體操作由新能源部通知副值長，副值長下令當班電氣人員執行。

3.2 采用3塊開關柜壓板進行投切操作

并網開關柜壓板投切方式為：“保護跳閘”“快切聯跳”“孤島跳閘”共3塊壓板投入，“投檢修壓板”“低周減載”“低壓減載”共3塊壓板解除。

3.3 廠用電切換及母線檢修操作規定

機組啟動和解列過程中，廠區光伏系統操作規定如下。

(1) 機組啟動。機組正常啟動前，光伏并網開關所在段母線由6 kV備用電源供電。應在6 kV廠用電切換前，通知新能源部停用該段母線光伏系統；待廠用電切換至工作電源供電正常、系統穩定后，通知新能源部投入該段光伏系統。

(2) 機組停機。機組正常停機前，光伏并網開關所在段母線由6 kV工作電源供電。應在6 kV廠用電切換前，通知新能源部停用該段母線光伏系統；待廠用電切換至備用電源供電正常、系統穩定后，通知新能源部投入該段光伏系統。

(3) 母線檢修。廠用6 kV A (B)段母線需要停運檢修，應提前通知新能源部將該段母線上所屬廠區光伏系統可靠隔離；停用該段母線上6 kV光伏并網開關，并將其拉至試驗位置，驗明開關下樁頭三相無電后合上接地閘刀。

4 事故及異常處理建議

(1) 當機組或廠用電系統發生異常需要立即進行廠用電切換操作時，可直接拉開該段光伏并網開關，匯報副值長并通知新能源部對該段光伏系統進行檢查和操作。

(2) 當光伏并網開關運行中發生跳閘時，不得再次強行合閘，應檢查保護動作情況，記錄跳閘時間，并聯系新能源部處理。

(3) 當機變保護動作時，廠用電快切裝置動作切換廠用電，應檢查光伏并網開關是否按規定跳閘；如未跳閘，可直接拉開光伏并網開關置“禁操”，通知新能源部對該段廠區光伏進行處理。

(4) 巡檢中發現光伏并網開關、計量柜內保護裝置、分合閘狀態指示、計量柜參數異常或其他異常情況，應立即通知新能源部進行檢查。