分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃的重要性分析

摘 要：從分布式光伏電站出發(fā)，分析其關(guān)鍵特征及對(duì)低壓配電網(wǎng)的影響，確定分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃的注意事項(xiàng)。從電壓質(zhì)量、潮流計(jì)算、并網(wǎng)諧波、繼電保護(hù)、孤島檢測(cè)出發(fā)，全面提升分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃的效果，保證分布式光伏電站安全、高效并網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：分布式光伏電站;低壓配電網(wǎng);影響;規(guī)劃方案

0? ? 引言

分布式光伏電站在一定程度上緩解了傳統(tǒng)煤炭發(fā)電的壓力，能夠有效解決我國(guó)不可再生能源緊張的問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)始成為我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)的重中之重。分布式光伏電站接入低壓配電網(wǎng)時(shí)需通過(guò)調(diào)整配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、并網(wǎng)接入模式等，最大限度降低電站對(duì)低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的沖擊，達(dá)到低壓配電網(wǎng)輸配電過(guò)程中安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的全面優(yōu)化。

1? ? 分布式光伏電站發(fā)展趨勢(shì)及概述

為進(jìn)一步解決環(huán)境污染問(wèn)題，緩解資源緊張現(xiàn)狀，2008年以來(lái)我國(guó)加大了對(duì)新能源發(fā)電的重視力度，形成了水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等多種形式攜手共進(jìn)的局面。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2020年光伏發(fā)電裝機(jī)容量已經(jīng)超過(guò)40 000 MW，占總裝機(jī)容量的2.83%，如表1所示;在縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、農(nóng)村地區(qū)光伏發(fā)電也得到了快速發(fā)展，截至2020年，我縣光伏發(fā)電裝機(jī)容量已超過(guò)70 MW，占總裝機(jī)容量的36.75%，如表2所示。

分布式光伏電站是在光伏發(fā)電技術(shù)基礎(chǔ)上形成的新型發(fā)電系統(tǒng)，可與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)電，滿(mǎn)足區(qū)域用戶(hù)用電需求。此類(lèi)電站往往分布于用戶(hù)附近，規(guī)模較小，可利用分散資源實(shí)現(xiàn)小規(guī)模發(fā)電。分布式光伏電站主要包括太陽(yáng)能電池組件、蓄電池、控制器、逆變器等，如圖1所示，其輸出功率較小，往往適用于接入低壓配電網(wǎng)。

2? ? 分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃的重要性

分布式光伏電站接入低壓配電網(wǎng)后，原電網(wǎng)潮流將發(fā)生明顯改變，電壓分布、線損能耗等均會(huì)發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變。尤其是在逆變整流過(guò)程中，光伏發(fā)電中電流信號(hào)、逆變諧波等均會(huì)影響低壓配電網(wǎng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，如：

（1）對(duì)電能質(zhì)量的影響。受光照因素的影響，分布式光伏電站運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)逆變器后的電壓容易產(chǎn)生波動(dòng)，尤其是在光照強(qiáng)度變化較為顯著的區(qū)域，發(fā)電過(guò)程中的有功功率和無(wú)功功率差異較大。而低壓配電網(wǎng)電壓一般較為穩(wěn)定，一旦分布式光伏電站接入，就很容易出現(xiàn)由接入電壓波動(dòng)、負(fù)荷不匹配等造成的電壓失衡，如圖2所示。

（2）對(duì)線路損耗的影響。分布式光伏電站接入過(guò)程中，如果不能就地平衡消納，而需要通過(guò)低壓配電網(wǎng)主干母線傳輸至變壓器高壓側(cè)，就較容易影響原臺(tái)區(qū)低壓配電網(wǎng)母線電壓分布情況，致使配電網(wǎng)線路電流發(fā)生改變，尤其是在接入點(diǎn)區(qū)域，流通電流明顯加大，線路有功損耗和無(wú)功損耗也會(huì)呈增加趨勢(shì)，難免造成一定的電能損失。

（3）對(duì)線路檢修的影響。分布式光伏電站并網(wǎng)接入后，當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障或檢修時(shí)，分布式光伏電站發(fā)電可能與附近的負(fù)載形成一個(gè)孤島供電系統(tǒng)，如果這個(gè)孤島不正常的話，會(huì)給運(yùn)維人員的安全造成風(fēng)險(xiǎn)，不利于保障配電網(wǎng)的可靠性。

因此，必須做好分布式光伏電站和低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃工作，從分布式光伏電站特性和接入后的各項(xiàng)問(wèn)題出發(fā)，統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化協(xié)調(diào)，才能夠從根本上保證低壓配電網(wǎng)的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3? ? 分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃的關(guān)鍵要素

3.1? ? 規(guī)劃方案

分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)協(xié)同運(yùn)行過(guò)程中必須按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、電能質(zhì)量、接入保護(hù)等做好統(tǒng)籌設(shè)計(jì)和規(guī)劃，確保光伏發(fā)電接入低壓配電網(wǎng)能夠有效消納，其規(guī)劃方案如圖3所示。

（1）根據(jù)低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行分析，確保分布式光伏電站接入后并網(wǎng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。尤其是網(wǎng)架強(qiáng)壯程度和負(fù)荷耐受性能等，確保其能夠滿(mǎn)足分布式光伏電站接入后的負(fù)載需求。

（2）按照接入規(guī)模和電網(wǎng)架構(gòu)形成主體規(guī)劃后，應(yīng)繼續(xù)深化分布式光伏電站接入后的電壓規(guī)劃和潮流規(guī)劃，針對(duì)有功功率、無(wú)功功率波動(dòng)趨勢(shì)優(yōu)化電網(wǎng)并網(wǎng)方式，做到有效消納，最大限度降低分布式光伏電站接入后的線路損耗。

（3）應(yīng)按照分布式光伏電站接入后可能產(chǎn)生的繼電問(wèn)題、諧波問(wèn)題、孤島問(wèn)題等開(kāi)展有效保護(hù)，通過(guò)調(diào)整環(huán)路結(jié)構(gòu)、增加繼電保護(hù)裝置、強(qiáng)化帶電檢測(cè)等全面提升分布式光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行后的安全性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)低壓配電網(wǎng)安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

3.2? ? 關(guān)鍵問(wèn)題

3.2.1? ? 優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃過(guò)程中應(yīng)根據(jù)光伏接入容量、低壓配電網(wǎng)負(fù)荷之間的關(guān)系，合理選取接入位置的比例關(guān)系。接入容量若僅為低壓配電網(wǎng)總負(fù)荷的3/5，則應(yīng)盡量選取距離主干線末端區(qū)域作為接入點(diǎn);若達(dá)到低壓配電網(wǎng)總負(fù)荷的3/5及以上，則應(yīng)選取距離主干線1/3到2/3的位置作為接入點(diǎn);若達(dá)到低壓配電網(wǎng)總負(fù)荷的1.3～1.5倍，則應(yīng)盡量選取靠近主干線始端區(qū)域作為接入點(diǎn)。上述接入過(guò)程中應(yīng)保證末端電壓偏差、電壓波動(dòng)、諧波總畸變率在指標(biāo)范圍內(nèi)，同時(shí)應(yīng)充分考慮結(jié)合分布式光伏接入后整體負(fù)荷情況更換更大容量的配電變壓器，配套增大主干線導(dǎo)線線徑。

此外，還要對(duì)并網(wǎng)接入方式進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)實(shí)際情況合理選擇并網(wǎng)接線方式，即：

（1）T接低壓主干母線并網(wǎng)模式。該方式主要在分布式光伏電站出線側(cè)將電纜或架空線與低壓配電網(wǎng)的主干母線直接連接，此時(shí)分布式光伏電站可直接完成系統(tǒng)供電，如圖4左側(cè)所示。這種并網(wǎng)方式適用于較大容量接入，成本較高。

（2）T接低壓負(fù)荷支線并網(wǎng)模式。該方式主要是在低壓配電網(wǎng)的負(fù)荷支線T接，通過(guò)低壓配電網(wǎng)的主干母線，從而將分布式光伏電站順利接入低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)，如圖4右側(cè)所示。接入點(diǎn)應(yīng)以電壓改善效果、網(wǎng)絡(luò)損耗最小、潮流反向次數(shù)最少為約束條件，可選在靠近配電網(wǎng)末端區(qū)域。

3.2.2? ? 提升電能質(zhì)量

為進(jìn)一步提升分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃效果，在并網(wǎng)接入過(guò)程中應(yīng)選用分布式光伏電源與靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）來(lái)實(shí)現(xiàn)電能負(fù)荷調(diào)節(jié)。SVC能夠有效消除分布式光伏電站接入后的無(wú)功功率，若無(wú)功功率波動(dòng)，該裝置可通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率補(bǔ)償，從而降低分布式光伏電站接入后各節(jié)點(diǎn)的電壓偏差，從根本上提升低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行中的電能質(zhì)量。

除此之外，在規(guī)劃設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要做好潮流計(jì)算，利用半步變量潮流推算法確定分布式光伏電站接入后系統(tǒng)的潮流波動(dòng)情況，并對(duì)可能出現(xiàn)的潮流變向引起的各項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行針對(duì)性防護(hù)和處理，減少由潮流引起的低壓配電網(wǎng)故障。

3.2.3? ? 做好系統(tǒng)保護(hù)

（1）諧波抑制。我國(guó)對(duì)分布式光伏電站諧波情況非常重視，在安全接入過(guò)程中應(yīng)按照《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的相關(guān)指標(biāo)嚴(yán)格控制諧波問(wèn)題，避免造成裝置誤動(dòng)或電能質(zhì)量污染。如可利用有源電力濾波器來(lái)消除諧波，通過(guò)濾波器補(bǔ)償有效解決電壓波動(dòng)問(wèn)題;可在逆變器逆變過(guò)程中增加虛擬阻抗回路，利用該回路有效抑制諧波，減少其對(duì)各裝置和線路的影響，提升分布式光伏電站接入低壓配電網(wǎng)的可靠性。

（2）繼電保護(hù)。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇繼電保護(hù)裝置，一般可在接入點(diǎn)后方增設(shè)繼電保護(hù)，這樣既可以有效消除接入點(diǎn)電流驟增引起的波動(dòng)，也可以實(shí)現(xiàn)裝置的整定保護(hù)。現(xiàn)階段分布式光伏電站接入低壓配電網(wǎng)中的繼電保護(hù)設(shè)置較為全面，在此不再贅述。

（3）孤島檢測(cè)。文獻(xiàn)資料顯示，分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中若電網(wǎng)失壓，防孤島保護(hù)必須在2 s內(nèi)將光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開(kāi)，主動(dòng)孤島檢測(cè)方法與被動(dòng)孤島檢測(cè)方法至少采用一種。確定孤島狀態(tài)存在后，可直接通過(guò)智能控制快速切除。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)大力倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)型、資源節(jié)約型電力系統(tǒng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)中水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等的大規(guī)模接入。在分布式光伏電站與低壓配電網(wǎng)同規(guī)劃過(guò)程中，必須做好電能計(jì)量、線損分析、潮流計(jì)算、繼電保護(hù)等，在實(shí)際并網(wǎng)運(yùn)行基礎(chǔ)上優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)保護(hù)等，最大限度消除由光伏發(fā)電中電壓波動(dòng)、潮流諧波等產(chǎn)生的負(fù)面影響，使低壓配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

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收稿日期：2021-04-01

作者簡(jiǎn)介：黃文亮（1984—），男，廣東興寧人，電力工程技術(shù)工程師，技師，從事計(jì)量管理、參與配網(wǎng)前期規(guī)劃審核、線損管理等工作。