分布式光伏電源接入電網(wǎng)安全管理實踐與研究

2020-12-08 00:40:43林鼎浩

魅力中國 2020年35期

林鼎浩

（國網(wǎng)盧氏縣供電公司，河南盧氏 472200）

引言

隨著分布式電源技術(shù)的發(fā)展，在國家有關(guān)政策的支持下，分布式光伏電源將得到迅猛發(fā)展，大量分布式電源并網(wǎng)，使電網(wǎng)由傳統(tǒng)輻射式的單端網(wǎng)絡(luò)變成一個遍布電源和用戶互聯(lián)的多端網(wǎng)絡(luò)，電力潮流不再單向地從變電站母線流向各負荷，給電網(wǎng)造成威脅。

一、分布式光伏發(fā)電特點分析及原理

光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。它具有常規(guī)火力發(fā)電系統(tǒng)所不具備的優(yōu)勢：無枯竭危險、安全可靠、無噪聲、無污染排放。不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面。同時微電網(wǎng)接入采用了電力電子技術(shù)實現(xiàn)的“柔性”接入，其電源特征與常規(guī)的發(fā)電機發(fā)電接入不同，從而對常規(guī)的配電網(wǎng)繼電保護帶來影響。

光伏發(fā)電的主要具體原理是半導體的光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時，它的能量可以被金屬中某個電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬內(nèi)部引力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為光電子。硅原子有4 個外層電子，如果在純硅中摻入有5 個外層電子的原子如磷原子，就成為N 型半導體；若在純硅中摻入有3 個外層電子的原子如硼原子，形成P 型半導體。當P 型和N 型結(jié)合在一起時，接觸面就會形成電勢差，成為太陽能電池。當太陽光照射到P－N 結(jié)后，空穴由P 極區(qū)往N 極區(qū)移動，電子由N 極區(qū)向P 極區(qū)移動，形成電流。

二、分布式光伏電源并網(wǎng)影響分析

（一）對檢修人身安全方面的影響

分布式光伏電源的接入使得配電網(wǎng)由傳統(tǒng)輻射式的單端網(wǎng)絡(luò)變成了一個遍布電源和用戶互聯(lián)的多端網(wǎng)絡(luò)，電力潮流也不再單向地從變電站母線流向各負荷，給配電網(wǎng)檢修帶來安全隱患，主要是在計劃停電檢修的區(qū)域內(nèi)有可能會存在“孤島”運行的分布式光伏電源，造成反送電，從而威脅檢修人員人身安全。

（二）低壓并網(wǎng)點設(shè)備不具備“明顯斷開點”

10kV 并網(wǎng)點設(shè)置在10kV 開關(guān)柜內(nèi)，能滿足現(xiàn)行《電力安全工作規(guī)程》關(guān)于“明顯斷開點”“驗電”“接地”“掛牌”等安全措施要求。但是，220V/380V 并網(wǎng)點基本釆用2～3 級空氣開關(guān)，均不具備“明顯斷開點”的功能，雖然可以“驗電”但在用戶側(cè)基本不具備“接地”能力，只有向公網(wǎng)延伸至低壓環(huán)網(wǎng)柜處才能安裝“接地”，造成傳統(tǒng)要求的在檢修工作地點處裝設(shè)接地難以落實。

（三）短路電流水平影響

理論計算表明，在機端短路時，逆變器類并網(wǎng)的分布式電源提供短路電流僅為其額定電流的1.1-1.5 倍，旋轉(zhuǎn)電機類并網(wǎng)的分布式電源提供短路電流可達其額定電流6～10 倍。因此，對采用低壓分散方式并網(wǎng)的分布式電源，由于機組容量較小且多數(shù)為光伏發(fā)電，機組短路電流較小，對低壓配電網(wǎng)短路電流水平的影響較??；但容量較大的燃氣輪機、柴油機等旋轉(zhuǎn)電機類型的分布式電源接入配電網(wǎng)，將會顯著增加配電網(wǎng)的短路電流水平。隨著城市配電網(wǎng)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)短路電流水平呈逐年上升趨勢，特別是一些負荷密集東部城市，現(xiàn)有10kV 斷路器遮斷容量為20kA，預計未來兩三年部分地區(qū)10kV 母線短路電流水平將會接近規(guī)劃上線，一旦大容量旋轉(zhuǎn)電機類型分布式電源并網(wǎng)，將使短路電流水平超過系統(tǒng)斷路器遮斷容量。

三、分布式電源并網(wǎng)安全管理具體實踐

（一）嚴格執(zhí)行安全措施要求

目前，分布式電源在并網(wǎng)前，均要求進行有關(guān)一次接線方式的審核和驗收（包括隔離開關(guān)兩側(cè)可進行接地保護措施的實施），保證其設(shè)備和發(fā)電能力手續(xù)齊全、質(zhì)量合格，不危及電網(wǎng)安全。電網(wǎng)營銷部門負責分布式電源接入臺帳管理，調(diào)度機構(gòu)負責簽訂10kV 并網(wǎng)協(xié)議。在涉及分布式電源的停送電操作和檢修工作中，均要求必須嚴格執(zhí)行“兩票三制”，確保安全措施落實到位，保證人員在接觸電氣設(shè)備前設(shè)備已確無電壓（低壓設(shè)備使用試電筆測試，10kV 設(shè)備確認接入電源有明顯斷開點并驗電）。

（二）開發(fā)研制反“孤島”裝置

針對分布式電源可能出現(xiàn)的“孤島”運行狀態(tài)，開發(fā)研制反“孤島”裝置。當公共電網(wǎng)停電，若配電網(wǎng)形成非計劃“孤島”（母線仍然有電）運行，則將一組與所接系統(tǒng)相配合的接地電阻合于母線，形成擾動（電壓跌落），使光伏電源自動斷開（逆變器動作），達到配電網(wǎng)完全停電的目的。

（三）完善入網(wǎng)規(guī)劃和運營監(jiān)管

根據(jù)保證電網(wǎng)和電站安全穩(wěn)定運行的各方面要求，針對分布式光伏電源并網(wǎng)，尤其居民用戶光伏項目并網(wǎng)，開展技術(shù)規(guī)定和規(guī)范標準的深入研究。對于不同區(qū)域、不同電壓等級、不同裝機容量的光伏電源并網(wǎng)項目，開發(fā)新型運行監(jiān)控信息系統(tǒng)。依托電科院強化分布式光伏電源并網(wǎng)前的安全性評價和技術(shù)監(jiān)督，加強并網(wǎng)調(diào)試檢測和電能質(zhì)量評估，對于分布式光伏電源并網(wǎng)引起電壓、電流波形畸變的項目，要求配備相應(yīng)治理諧波裝置，在光伏電站并網(wǎng)后開展電能質(zhì)量實時在線監(jiān)測。

3.4 完善相關(guān)安全規(guī)程規(guī)范

依據(jù)分布式光伏電源并網(wǎng)運行特點，增加相關(guān)配電網(wǎng)檢修工作注意事項、優(yōu)化作業(yè)流程，及時修訂、健全配電運維現(xiàn)場規(guī)程?？偨Y(jié)分布式光伏電源運行安全經(jīng)驗，研究保證安全的技術(shù)措施，完善相關(guān)配電網(wǎng)電力安全工作規(guī)程。