淺析分布式光伏電站并網的工程應用

賈繼灝等

摘要：太陽能作為一種隨處可得，無害無窮的新能源，理應為人類最先考慮的方便的新能源。近年來，并網光伏發電站容量不斷增長，光伏產業已成為當前發展最為迅猛的新興技術產業之一。文章針對分布式光伏發電接入電網的技術和特性進行了系統的研究和分析，具有很強的實用性。

關鍵詞：分布式；光伏電站；接入電網；并網型光伏發電；繼電保護

中圖分類號：TM461 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）13-0131-02

光伏發電是將太陽能直接轉換為電能的一種發電形式。光伏發電系統通常可分為離網（獨立）型光伏發電系統和并網型光伏發電系統。并網型光伏發電系統與電網相連，發出的電能向電網輸送。并網型光伏發電系統可分為分布式并網型光伏發電系統和集中式并網型光伏發電系統兩大類。分布式并網型光伏發電系統就屬于微電網中的分布式發電，特點是光伏發電系統發的電直接分配給用戶負荷，多余或不足的電力通過連接電網來調節。

1 工程規模

本工程總裝機容量為5×5MWp，預計年發電量為2948.321萬kWh。該光伏發電系統以380V電壓等級并網于臨近某110kV變電站10kV母線所用變低壓側，160kW經直流匯流后接逆變器，并網于電站配電區兩臺配電變壓器低壓側0.4kV母線。儲能系統1套80kW/160kWh磷酸鐵銼電池經PCS，分別并網于電站兩臺配電變壓器低壓側母線。每個5MWP光伏陣列均逆變升壓至10kV電壓等級，形成1路10kV交流電源線路，接至110kV變電站10kV線路上，光伏電站所發電力首先在該線路進行消納，多余電力可以輸送至某110kV變電站10kV母線上重新分配。

2 電氣計算

2.1 最大工作電流

該工程為分布式光伏電站為太陽能電池陣列，輸出的是直流電，經過匯流、逆變、升壓等過程之后，再連接至公用電網。本工程總容量為5×5000kWp，若不考慮逆變及升壓過程中的電能損失，最大工作電流約為1443A。

2.2 短路電流

對于含有光伏電站的系統，發生短路故障時，故障點短路電流可以分為兩部分，一部分是由交流系統提供，另一部分是由光伏發電系統提供。對于光伏發電系統提供的短路電流，其大小主要與光伏發電出力、逆變器參數等因素有關。根據光伏發電原理，光伏發電元件經日照產生直流電，再經過逆變器逆變為400V交流電輸出，其發電出力值與日照等環境因素有關。由于日照等環境因素驟變的可能性很小，在短路故障發生瞬間，光伏系統發出的直流功率可以認為是恒定的，逆變后的交流功率也可以認為是恒定的。因此，發生短路后，由于母線電壓急劇下降，在功率恒定的情況下，逆變器輸出的電流將會急劇增大，直至逆變器保護動作，關閉輸出。

2.3 并列點及人工解列點

各電站并列點設在電站并網線路10kV側斷路器上；人工解列點設在所并變電站的所并10kV線路斷路器側。

3 繼電保護

3.1 繼電保護配置依據

根據國家電網發展[2009]747號《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定（試行）》，《繼電保護和安全自動裝置技術規定》（GB/T14285-2006），并依據系統一次設計方案，進行系統繼電保護的配置。

3.2 繼電保護及安全自動裝置

光伏電站線路側應配置普通的微機線路保護除普通線路保護功能，相應加裝欠壓/超壓、欠頻/超頻保護，并能接收1#電站所發跳閘命令并執行。工程中的110kV變電站10kV線路保護側已配置微機線路保護并滿足系統要求，不需重新配置。T接點的高壓分支斷路器應配置普通的過流脫扣裝置。110kV變電站主變間隙保護應增加聯切10kV線路對側光伏電站并網斷路器。光伏電站以1#電站為主站，與110kV變電站中主變間隙保護裝置配合。

3.3 防孤島保護

光伏電站必須具備快速檢測孤島并立即斷開與電網連接的能力，其防孤島保護應與電網側線路保護相配合。光伏電站必須設置主動和被動防孤島保護各1套。微電網從并網轉人孤島運行瞬間，流過公共連接點的功率被突然切斷，切斷前通過PCC處的功率如果是流入微電網的，則它就是微電網離網后的功率缺額；如果是流出微電網的，則它就是微電網離網后的功率盈余；大電網的電能供應突然中止，微電網內一般存在較大的有功功率缺額。

在離網運行瞬間，如果不啟用緊急控制措施，微電網內部頻率將急劇下降，導致分布式光伏電源采取保護性的斷電措施，這使得有功功率缺額變大，加劇了頻率的下降，最終使得微電網崩潰。因此，要維持微電網較長時間的孤島運行狀態，必須在微電網離網瞬間立即采取措施，使微電網重新達到功率平衡狀態。

微電網離網瞬間，如果存在功率缺額，則需要立即切除全部或部分非重要的負荷、調整儲能裝置的出力，甚至切除小部分重要的負荷；如果存在功率盈余，則需要迅速減少儲能裝置的出力，甚至切除一部分逆變器。這樣，使微電網快速達到新的功率平衡狀態。

微電網離網瞬間內部的功率缺額（或功率盈余）的計算方法：就是把在切斷PCC之前通過PCC流人微電網的功率，作為微電網離網瞬間內部的功率缺額，PPCC以從大電網流人微電網的功率為正，流出為負。當Pqe為正值時，表示離網瞬間微電網內部存在功率缺額；為負值時，表示離網瞬間微電網內部存在功率盈余。

由于儲能裝置要用于保證離網運行狀態下重要負荷能夠連續運行一定時間，所以在進入離網運行瞬間的功率平衡控制原則是：先在假設各個儲能裝置出力為0的情況下切除非重要負荷；然后調節儲能裝置的出力；最后切除重要負荷。

4 結語

本試點工程采用分散式微電網，接入配電網時采取就地平衡原則，正常用電期間用電負荷峰值在100kW左右，此時光伏發電可部分就地被消納，光伏發電超過用電負荷，可將多余電量儲存，當夜間用電負荷較小期間，整個系統用電負荷小于30kW，微電網離網運行時可使用儲存電量，當110kV變電站全站檢修或失壓時，可為變電站充當臨時電源，加強電網與用電側互動與管理、推進分布式發電利用，加速智能電網和互動服務體系建設，節能降耗，提高能效，具有明顯的創新性和實用性。

參考文獻

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作者簡介：賈繼灝（1981—），男，河南省電力公司檢修公司工程師，研究生，研究方向：電力系統運行；馬麗麗（1982—），女，河南省電力公司安陽供電公司工程師，研究生，研究方向：電力系統繼電保護；張大偉（1983—），男，河南省電力公司安陽供電公司助理工程師，研究方向：電力系統一次檢修。

（責任編輯：劉 晶）endprint