新能源光伏發(fā)電并網(wǎng)問題研究

趙玉杰+++高欣

【摘要】：隨著時(shí)代的發(fā)展，當(dāng)今世界范圍內(nèi)的能源供需矛盾日益凸顯，新能源的發(fā)展逐漸成為世界各國(guó)著重研究的一項(xiàng)能源解決新措施。我國(guó)的人均資源占有量不足世界平均水平，發(fā)展新興能源也是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的必由之路。在新能源的發(fā)展過程中，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)憑借著其可持續(xù)性、清潔性和高效的投入產(chǎn)出比贏得各方青睞。

【關(guān)鍵詞】：新能源；光伏發(fā)電并網(wǎng)；研究

引言

我國(guó)的光伏發(fā)電市場(chǎng)開始向并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展，在我國(guó)具備較大潛力，具備穩(wěn)定性發(fā)展趨勢(shì)。在未來，太陽能光伏發(fā)電為滿足新的增長(zhǎng)需要，應(yīng)實(shí)現(xiàn)多戰(zhàn)略發(fā)展，并將其引入到各個(gè)行業(yè)中去。

1、光伏發(fā)電并網(wǎng)簡(jiǎn)介

光伏發(fā)電是指通過半導(dǎo)體界面的“光生伏特效應(yīng)”將光能轉(zhuǎn)換為電能的一種發(fā)電技術(shù)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要太陽能電池、控制器和逆變器的配合使用，將多個(gè)太陽能電池板（組件）按照不同的排列形式（進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)）組成太陽能電池方陣，在接收太陽能之后電壓逐漸升高，達(dá)到系統(tǒng)輸入的標(biāo)準(zhǔn)之后就會(huì)經(jīng)過光伏組件將其轉(zhuǎn)化成為直流電，經(jīng)過直流配電箱匯流到逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電之后再經(jīng)過交流箱提供給電網(wǎng)或者相關(guān)負(fù)載，如圖1所示。

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)方式主要有分布式和集中式。分布式是相對(duì)于集中式來說的，其容量相對(duì)較小，分布比較廣泛，自身帶有負(fù)載，例如居民太陽能發(fā)電；集中式就是指集中建立起容量較大的電站，可以直接向電網(wǎng)進(jìn)行供電，自身并不具有負(fù)載。依據(jù)《分布式電源接入配電網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)于單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入的電壓等級(jí)應(yīng)按照安全性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性的原則，經(jīng)過綜合比選后確定，具體可參考表1。

2、光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

2.1對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)配電系統(tǒng)時(shí)通常采用10kV饋線做為載體。配電網(wǎng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，故障電流的大小與分布與未接入光伏電源前的差異非常大，當(dāng)光伏電源容量大到一定程度時(shí)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置產(chǎn)生負(fù)面影響，在光伏電源容量比配電網(wǎng)系統(tǒng)容量大很多的情況下更加明顯。光伏電源可以影響或改變故障電流的屬性，對(duì)保護(hù)裝置造成各種潛在風(fēng)險(xiǎn)。圖1為光伏發(fā)電系統(tǒng)連接配電網(wǎng)的線路示意。

2.2對(duì)自動(dòng)重合閘的影響

自動(dòng)重合閘（AAR）是當(dāng)線路異常無法工作時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)做出動(dòng)作使斷路器跳閘后，在非常短的時(shí)間內(nèi)使斷路器重新合上的一種保護(hù)配置。供電系統(tǒng)線路故障有大有小，重合閘保護(hù)功能運(yùn)用在線路發(fā)生短暫而輕微的故障導(dǎo)致跳閘后，可以快速恢復(fù)電路的供電運(yùn)行的非全電纜線路中。根據(jù)IEEE1547標(biāo)準(zhǔn)要求，電網(wǎng)電源中斷后，分布式電源必須斷開與電網(wǎng)的聯(lián)結(jié)。因此重合閘前的加速模式中，每次線路故障時(shí)都必須斷開光伏發(fā)電系統(tǒng)，再次聯(lián)結(jié)時(shí)完全恢復(fù)所需的工作量大且過程復(fù)雜。不然在重合閘運(yùn)作時(shí)會(huì)使電弧重燃，導(dǎo)致重合閘動(dòng)作失敗的同時(shí)還會(huì)增加線路的損壞。因此，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障跳閘后，必須等到故障點(diǎn)電弧完全熄滅后再進(jìn)行重合閘動(dòng)作。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)與重合閘系統(tǒng)不能充分協(xié)調(diào)，在合閘間隔時(shí)間上存在不協(xié)調(diào)因素，需要調(diào)整重合閘的時(shí)間設(shè)定并且在光伏發(fā)電系統(tǒng)中安裝低壓解列裝置。

2.3光伏發(fā)電與配電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的配合

10kV規(guī)格及以下的光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)是，可以與本地負(fù)載相連后通過斷路器直接與380V的配電網(wǎng)連接。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)的接點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)斷路器的時(shí)間配合上會(huì)出現(xiàn)問題，主要表現(xiàn)在自動(dòng)重合閘斷開過程中，首先保證光伏發(fā)電系統(tǒng)與主電網(wǎng)有效斷開，并不是所有的光伏發(fā)電系統(tǒng)都會(huì)影響線路保護(hù)與重合閘正常運(yùn)作，對(duì)主電網(wǎng)產(chǎn)生影響的只是部分接入點(diǎn)有問題或光伏發(fā)電系統(tǒng)容量過大的個(gè)體，最典型的是因光伏發(fā)電系統(tǒng)容量過大所導(dǎo)致的問題。配電網(wǎng)的大部分的故障都是瞬間發(fā)生的，如果只要一發(fā)生故障就切斷所有光伏發(fā)電系統(tǒng)，會(huì)降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。光伏發(fā)電系統(tǒng)長(zhǎng)期的短間隔停啟，也會(huì)損耗發(fā)電設(shè)備。因此，光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)與配電網(wǎng)保護(hù)之間的相互協(xié)調(diào)，可以達(dá)到降耗增效的目的。

3、解決策略

3.1建立健全光伏并網(wǎng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范

在正式進(jìn)行并網(wǎng)之前，電網(wǎng)首先要對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)參數(shù)、基本控制性能和電網(wǎng)能夠承受的擾動(dòng)能力的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充分的研究分析，制定出光伏并網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（主要包括接入電壓等級(jí)、光伏發(fā)電的規(guī)模、無功配置以及電能質(zhì)量等等），同時(shí)也要對(duì)大規(guī)模接入光伏發(fā)電系統(tǒng)所需要具備的條件等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)范進(jìn)行研究。通過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定，從制度層面來保證并網(wǎng)后不會(huì)對(duì)原有電網(wǎng)安全運(yùn)行造成損害。

3.2電網(wǎng)運(yùn)行控制

對(duì)于并網(wǎng)之前的配電系統(tǒng)來說，其調(diào)度以及監(jiān)控等都是由電力機(jī)構(gòu)統(tǒng)一進(jìn)行管理的，原有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)屬于無源的放射式，所以在開關(guān)操作方面、信息采集方面以及能源調(diào)度方面都相對(duì)比較簡(jiǎn)單。但是在光伏發(fā)電系統(tǒng)并入之后此過程就變得非常的復(fù)雜，要想有效控制電網(wǎng)的運(yùn)行需要對(duì)光伏電站的發(fā)電情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)于分布式光伏發(fā)電信息以及對(duì)象進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)視，這樣能夠確保充分掌握并控制分布式電源的投入、退出以及功率的流動(dòng)。

3.3合理開發(fā)利用光伏資源

近幾年國(guó)家大力倡導(dǎo)發(fā)展光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，積極推廣“光伏扶貧”工程，走出一條產(chǎn)業(yè)扶貧、生態(tài)發(fā)展扶貧和清潔能源建設(shè)扶貧的新路子。光伏扶貧清潔環(huán)保、技術(shù)可靠、受益穩(wěn)定，既發(fā)展了新能源，又實(shí)現(xiàn)了脫貧增收，為貧困地區(qū)脫貧攻堅(jiān)培育了新產(chǎn)業(yè)，為壯大貧困村集體經(jīng)濟(jì)開辟了新路徑，為解決貧困群眾穩(wěn)定脫貧提供了新手段。但是新能源項(xiàng)目的選址與電網(wǎng)發(fā)展的銜接不夠，無序開發(fā)問題嚴(yán)重，電力公司要提前介入、提前規(guī)劃，理順光伏發(fā)電并網(wǎng)管理流程，深入貫徹國(guó)家光伏政策，實(shí)現(xiàn)政府、貧困戶和電網(wǎng)發(fā)展共嬴，合理利用土地、廠房或倉庫屋頂、水庫、湖泊等現(xiàn)有條件開發(fā)太陽能資源，為光伏行業(yè)的發(fā)展鋪路護(hù)航。

結(jié)語

光伏能源是高效與環(huán)保的電力資源，光伏發(fā)電并網(wǎng)模式在電力行業(yè)中得到不斷發(fā)展深化，光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)將影響與改變傳統(tǒng)電網(wǎng)模式中電流的屬性。用現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，保證光伏發(fā)電的運(yùn)作與發(fā)展。

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