分布式電源并網(wǎng)調(diào)控存在的問(wèn)題及措施

郭堯順 鄭思捷

國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司延安供電公司 陜西 延安 716000

引言

由于傳統(tǒng)能源不可再生，新能源被越來(lái)越多地應(yīng)用到生產(chǎn)活動(dòng)中來(lái)?？紤]到分布式電源具備間歇性以及不確定性，同時(shí)受到外部光照影響的程度較高，這在一定程度上提升了分布式電源并網(wǎng)及調(diào)控的難度系數(shù)。為了全面發(fā)揮分布式電源的效果，順應(yīng)分布式發(fā)電的發(fā)展態(tài)勢(shì)，應(yīng)把它們一同并入到傳統(tǒng)配電網(wǎng)中運(yùn)作。分布式電源并網(wǎng)，可以大大地優(yōu)化當(dāng)下電網(wǎng)系統(tǒng)的整體架構(gòu)，但也會(huì)影響到配電網(wǎng)的運(yùn)作情況，使電網(wǎng)運(yùn)作愈發(fā)煩瑣，引發(fā)一系列的不良問(wèn)題。因此，應(yīng)深入探討分布式電源并網(wǎng)調(diào)控所面臨的問(wèn)題，并提出針對(duì)性的解決措施，這對(duì)于推動(dòng)分布式電源與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展、提高電力系統(tǒng)的整體效能具有重要意義。

1 分布式電源并網(wǎng)的背景分析

隨著全球能源結(jié)構(gòu)的持續(xù)優(yōu)化和清潔能源的大力推廣，分布式電源作為其中的重要組成部分，該項(xiàng)技術(shù)日益受到廣泛關(guān)注。然而分布式電源在并網(wǎng)過(guò)程中，由于其自身的間歇性和不確定性等特點(diǎn)，給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。例如電壓波動(dòng)、諧波污染、孤島效應(yīng)等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此外，分布式電源的并網(wǎng)還可能引發(fā)諧波污染、孤島效應(yīng)等安全隱患。因此對(duì)分布式電源并網(wǎng)調(diào)控進(jìn)行深入研究，探索有效的并網(wǎng)控制策略和管理方法，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、提高分布式電源的利用效率、促進(jìn)清潔能源的推廣應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式電源并網(wǎng)調(diào)控也將面臨更多的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，需要不斷創(chuàng)新和完善相關(guān)的理論和技術(shù)體系[1]。

2 分布式電源并網(wǎng)調(diào)控存在的問(wèn)題分析

新能源分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生新的問(wèn)題。配電網(wǎng)從單電源變成雙端甚至多端網(wǎng)絡(luò)，這種變化改變了電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行、機(jī)理，以及各種保護(hù)定值。隨著新能源分布式發(fā)電并網(wǎng)的迅猛發(fā)展，保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)整定值因負(fù)載變化而發(fā)生改變。

2.1 分布式發(fā)電影響故障電流

新能源分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行，故障時(shí)電力保護(hù)裝置系統(tǒng)會(huì)快速跳斷，繼電器即時(shí)檢測(cè)到實(shí)時(shí)故障電流值對(duì)繼電保護(hù)裝置很重要。一條10kV帶DG的配網(wǎng)線路如圖1所示。

圖1 10kV帶DG配網(wǎng)線路

a點(diǎn)故障短路，電網(wǎng)電流為Inw，來(lái)自分布式發(fā)電的電流為Idg，總的短路故障電流為：

繼電器工作范圍是指繼電器在一定的阻抗域內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的最大短路距離，對(duì)應(yīng)最大短路阻抗測(cè)量。計(jì)算出在故障短路情況下，繼電器K的測(cè)量電壓為：

式中：Z23為B1母線與B2母線間阻抗； Z3a為B2母線到短路故障點(diǎn)阻抗。

由于B2母線處有T結(jié)進(jìn)線，增加電壓，繼電器K能測(cè)量到的阻抗：

繼電器實(shí)測(cè)阻抗變大，監(jiān)測(cè)短路距離增加，另一區(qū)域短路距離和要求應(yīng)有更快時(shí)間觸發(fā)繼電器。繼電器監(jiān)測(cè)來(lái)自電網(wǎng)的短路電流Inw，繼電器K能監(jiān)測(cè)到實(shí)際故障部分短路電流，此時(shí)保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)不會(huì)跳閘，尤對(duì)于高阻抗的短路，反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)在設(shè)定時(shí)間內(nèi)不動(dòng)作，這是發(fā)生事故危險(xiǎn)的根源[2]。

故障發(fā)生在母線B2處時(shí)，分布式電源產(chǎn)生的電流與通過(guò)繼電器電流形成反方向，繼電器受到反向電流方向會(huì)影響設(shè)備正常運(yùn)行。

通過(guò)上述分析得知，DG不僅影響短路電流的幅值、方向和持續(xù)時(shí)間（間接地），而且也會(huì)影響反時(shí)限過(guò)電流作用的結(jié)果。

2.2 分布式發(fā)電影響自動(dòng)重合閘（ZCH）裝置的可靠動(dòng)作

新能源分布式發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行后，并網(wǎng)變與系統(tǒng)之間配網(wǎng)線H L變?yōu)榉植际桨l(fā)電的并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線，如圖2所示。

圖2 并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線HL故障等值電路圖

003開(kāi)關(guān)重合閘（ZCH）不是普通重合閘條件，線路是無(wú)壓自動(dòng)重合閘方式。H、L線路瞬時(shí)故障，保護(hù)A和保護(hù)B分別跳開(kāi)003和113開(kāi)關(guān)，H、L線路失壓，003處線路自動(dòng)重合閘（電壓為0）。繼電保護(hù)B整定值設(shè)置變動(dòng)困難，兩級(jí)保護(hù)裝置無(wú)法快速跳斷113開(kāi)關(guān)，發(fā)電與并網(wǎng)分離后，仍向電網(wǎng)供電，變成由新能源分布式發(fā)電獨(dú)立供電的電力孤島。

H、L線路始終有電壓，003 開(kāi)關(guān)無(wú)法自動(dòng)重合閘，直到分布式發(fā)電被拖垮，113欠電壓跳閘，此時(shí)重合閘的允許時(shí)間已過(guò)，導(dǎo)致重合閘不成功。

2.3 分布式發(fā)電影響母聯(lián)備自投(BZT) 裝置的可靠動(dòng)作

防止發(fā)電非同期并網(wǎng)，簡(jiǎn)單的母聯(lián)備自投已不適用，母聯(lián)開(kāi)關(guān)需要檢同期自投。雙回路供電如圖3所示。112、113為進(jìn)線開(kāi)關(guān)，110為母聯(lián)開(kāi)關(guān)，分布式發(fā)電DG通過(guò)廠內(nèi)10kVⅡ段母線并網(wǎng)運(yùn)行[3]。

圖3 220kV帶DG一次系統(tǒng)圖

當(dāng)線路2發(fā)生故障時(shí)，線路保護(hù)跳斷113，110母聯(lián)開(kāi)關(guān)自投。當(dāng)分布式發(fā)電有功不足，使供電單電源電力孤島瞬間與線路1不同步，不滿足110的同期條件，導(dǎo)致母聯(lián)開(kāi)關(guān)自投裝置不能可靠動(dòng)作。用電企業(yè)不具備跳113開(kāi)關(guān)有效保護(hù)，母聯(lián)開(kāi)關(guān)無(wú)法自投。通過(guò)企業(yè)事故調(diào)查，線路發(fā)生故障時(shí)，母聯(lián)自投孤島并網(wǎng)的成功率差。

2.4 分布式發(fā)電影響線路保護(hù)的可靠動(dòng)作

為提高線路首端的零序保護(hù)靈敏度，2#主變壓器的中性點(diǎn)一般直接接地或通過(guò)電阻接地；10kV側(cè)投運(yùn)分布式發(fā)電電源，最大運(yùn)行方式是防止線路2斷路接地時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓影響變壓器等設(shè)備安全，2#主變高壓側(cè)投入零序過(guò)電流保護(hù)。低壓側(cè)配電網(wǎng)絡(luò)變化，零序保護(hù)的范圍實(shí)時(shí)相應(yīng)發(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)零序保護(hù)動(dòng)跳旳選擇性，003保護(hù)A的靈敏度大降，如圖3所示。分布式發(fā)電并網(wǎng)后，003開(kāi)關(guān)旳原有距離、零序保護(hù)定值維持不變。113開(kāi)關(guān)的距離、零序保護(hù)裝置可能拒動(dòng)。原因是H、L線發(fā)生故障時(shí)，分布式發(fā)電并網(wǎng)變阻抗過(guò)大，在最小運(yùn)行方式下，故障點(diǎn)的短路電流很小，距離保護(hù)和零序保護(hù)的起動(dòng)元件靈敏度不合要求，113開(kāi)關(guān)的保護(hù)拒動(dòng)，003處無(wú)法自動(dòng)重合閘，110無(wú)法同期自投。

2.5 事故案例

事故案例1：制冷設(shè)備廠光伏發(fā)電新能源公司10kV電纜短路故障，繼電保護(hù)裝置故障未動(dòng)作，戶外自動(dòng)開(kāi)關(guān)裝置故障未動(dòng)作，發(fā)生越級(jí)跳閘事故。

事故案例2：10kV鑫峰特鋼配電室1600kVA變壓器投運(yùn)，電氣故障越級(jí)跳閘，110kV改變重合閘（ZCH）失敗，高壓電氣設(shè)備間隔擊穿，繼電保護(hù)裝置故障拒動(dòng)，大面積停電。

3 問(wèn)題的解決措施

電網(wǎng)電氣故障，誤操作或自然災(zāi)害等原因中斷供電；DG成供電孤島，孤島效應(yīng)增加對(duì)電網(wǎng)及需求側(cè)用戶影響，重新恢復(fù)供電相位不同步時(shí)沖擊電網(wǎng)，電力孤島供電電壓，頻率不穩(wěn)定；負(fù)荷電壓閃變，負(fù)載不對(duì)稱，影響電壓質(zhì)量。分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，故障時(shí)配電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行條件發(fā)生改變，原線路保護(hù)定值不能滿足電網(wǎng)的要求[4]。因此特提出兩套線路保護(hù)裝置配置方案。第一套是具備敷設(shè)光纜條件線路，采用縱差保護(hù)作為線路主保護(hù)，原距離保護(hù)和零序保護(hù)作為后備保護(hù)。第二套是較長(zhǎng)線路，且不具備敷設(shè)光纜條件時(shí)，采用縱差保護(hù)作為線路主保護(hù)，零序保護(hù)作為后備保護(hù)。

接有DG的電網(wǎng)部分發(fā)生孤島運(yùn)行時(shí)，脫網(wǎng)運(yùn)行如圖3所示。當(dāng)113開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，而110、600開(kāi)關(guān)未合，此時(shí)企業(yè)的Ⅱ段線路變成孤島。新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)不配備電壓控制能力，并網(wǎng)電源頻率不穩(wěn)定。有功功率不平衡發(fā)生頻率改變，功率小，孤島崩潰。簡(jiǎn)述發(fā)生孤島電源幅值頻率運(yùn)行時(shí)變化。

有功功率不平衡旳頻率變化率函數(shù)描述：

式中：PDG為DG的有功功率；P1為孤島負(fù)荷有功功率；fs為發(fā)生孤島運(yùn)行前的頻率；Sn為發(fā)電機(jī)的額定功率；H為發(fā)電機(jī)的慣性常量。

孤島獨(dú)立運(yùn)行關(guān)鍵是有功功率旳變化。電力負(fù)荷平衡后發(fā)電機(jī)組的出力大于孤島負(fù)荷的有功功率，確保孤島的獨(dú)立運(yùn)行，孤島脫網(wǎng)后，其頻率的變化取決于負(fù)荷情況，做好負(fù)荷平衡，完成自投母聯(lián)開(kāi)關(guān)裝置。自投裝置不成功，對(duì)孤島獨(dú)立運(yùn)行做自動(dòng)或人工并網(wǎng)操作。

4 分布式電源并網(wǎng)調(diào)控發(fā)展建議

4.1 高度重視分布式電源項(xiàng)目

在實(shí)際運(yùn)作的前期，可研審批管理供電單位要系統(tǒng)考量配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及范圍、運(yùn)作安全性和電網(wǎng)改造費(fèi)用等多重因素，進(jìn)而給出科學(xué)的滲透率指標(biāo)，明確各范圍內(nèi)分布式電源并網(wǎng)規(guī)模的最大值，進(jìn)而將之作為分布式電源發(fā)展的限制性指標(biāo)，仔細(xì)控制分布式電源接入電壓等級(jí)、聯(lián)結(jié)形式、首個(gè)落點(diǎn)選取等電網(wǎng)聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)，如此一來(lái)就能夠防止分布式電源因方針變化而誘發(fā)的不穩(wěn)定現(xiàn)象。除此之外，還需要科學(xué)規(guī)劃布局分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)，在契合電網(wǎng)安全性標(biāo)準(zhǔn)的前提條件下，確保電力資源能夠被順利提供。

4.2 優(yōu)化分布式電源的接入系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案的過(guò)程中，需要注意如下幾點(diǎn)：首先，相關(guān)人員要明晰單位電網(wǎng)現(xiàn)有分布式電源的布局狀況及體量；接著要熟悉配電網(wǎng)和配電線路每年負(fù)荷情況、最大的承載水平；最后再進(jìn)一步探尋分布式電源的建設(shè)方位、體量和用電屬性。為了確保輸出分布式電源較少地干擾上一級(jí)電網(wǎng)，此時(shí)需要嚴(yán)格遵循《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，確保分布式電源體量低于上級(jí)變壓器供電最大承載值的1/4。

4.3 強(qiáng)化分布式電源并網(wǎng)驗(yàn)收管控力度

并網(wǎng)驗(yàn)收作為單位核查分布式電源工程是否合理，屬于并網(wǎng)前把關(guān)質(zhì)量的重要一環(huán)，在驗(yàn)收過(guò)程中，相關(guān)人員要著重核查分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)有無(wú)安置具有斷開(kāi)點(diǎn)的并網(wǎng)斷開(kāi)設(shè)施，同時(shí)還要幫助電力設(shè)施養(yǎng)護(hù)工作者及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配的方位，著重核查分布式電源的并網(wǎng)裝置及分布式電源裝配方位的安全間隔有無(wú)符合標(biāo)準(zhǔn)；仔細(xì)查看分布式電源周邊有無(wú)安置安全標(biāo)識(shí)，避免發(fā)生不良觸電事件。值得注意的是，倘若驗(yàn)收不過(guò)關(guān)，此時(shí)就要及時(shí)更改方案和推進(jìn)周期，同時(shí)展開(kāi)復(fù)查。只有牢牢把關(guān)，方可確保并網(wǎng)后電源、電網(wǎng)安全順利運(yùn)作[5]。

4.4 強(qiáng)化分布式電源并網(wǎng)后的運(yùn)作及電網(wǎng)檢修管控力度

嚴(yán)格實(shí)施分布式電源實(shí)地檢修項(xiàng)目，通過(guò)在并網(wǎng)點(diǎn)上安置可封閉且具備顯著斷開(kāi)點(diǎn)的并網(wǎng)開(kāi)斷設(shè)備，同時(shí)還有防孤島運(yùn)作設(shè)施，大幅度提升分布式電源并網(wǎng)檢修的運(yùn)作效率。與此同時(shí)，還應(yīng)該更深層次地整合導(dǎo)入至分布式電源的配電網(wǎng)檢修運(yùn)作活動(dòng)中，同時(shí)還要進(jìn)一步規(guī)范電源電站配合執(zhí)行流程，保證在平時(shí)維護(hù)檢修過(guò)程中各項(xiàng)設(shè)施以及人員的安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本研究對(duì)分布式電源并網(wǎng)調(diào)控的多個(gè)方面進(jìn)行了深入探討，包括項(xiàng)目重視程度、接入系統(tǒng)優(yōu)化、驗(yàn)收管控和運(yùn)作及電網(wǎng)檢修管控等。研究結(jié)果表明，要實(shí)現(xiàn)分布式電源的可持續(xù)發(fā)展，必須重視其在電力系統(tǒng)中的合理規(guī)劃布局，優(yōu)化接入系統(tǒng)，加強(qiáng)并網(wǎng)調(diào)控技術(shù)和安全防護(hù)措施。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)分布式電源并網(wǎng)后的監(jiān)測(cè)和檢修工作，確保電網(wǎng)和分布式電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行。