分布式光伏發電并網方案研究

趙萌萌，胡琴洪，楊大勇，江新峰，賀錦麗

(國家電網許繼集團有限公司，河南許昌461000)

分布式光伏發電并網方案研究

趙萌萌，胡琴洪，楊大勇，江新峰，賀錦麗

(國家電網許繼集團有限公司，河南許昌461000)

介紹了分布式光伏電站接入配電網的整體設計原則，包括接入方式的選擇、繼電保護和調度自動化的配置。介紹了光伏側和電網側保護配置及短路電流、電壓波動率的計算方法，并提出一種10 kV并網系統調度自動化的典型方案。通過實際工程中的應用驗證了設計方案的可行性及穩定性。通過對并網接入技術的研究，為分布式光伏接入設計提供了指導。

分布式光伏；并網；保護；調度自動化

分布式發電是指裝機規模小、分散利用資源、布置在用戶側附近的發電單元，通常以10 kV及以下電壓等級接入，且單個并網點總裝機容量不超過6 MW，或以35/10 kV電壓等級接入，容量超過6 MW，年自發自用電量大于50%的發電項目。光伏發電作為分布式新能源，為當地負荷提供了電源支撐，光伏電源接入配電網已成為光伏利用的主要方式。目前，關于分布式光伏接入對配電網的影響已存在大量的研究成果。但是，為了實現分布式光伏柔性并網，科學地制定并網接入方案方面的研究比較少。

并網接入方案涵蓋的內容包括并網接入方式、電氣主接線圖、防雷接地要求、無功配置方案、保護、自動化配置要求以及監控、通信系統要求等[1]。本文在研究分布式光伏發電并網特性的基礎上，結合實際工程，對并網接入方式、保護、自動化配置進行研究，提出了接入方案的一些設計思路及典型配置。

1 并網接入方式

根據分布式電源接入點處是否設置有分布式電源專用的開關設備，可將接入形式分為專線接入和T接，如圖1(以10 kV電壓等級接入為例)所示。由分布式電源接入點位置位于公共電網側或用戶側，分布式電源可分為統購統銷和自發自用、余量上網兩種運營模式。

對于單個并網點，接入電壓等級應依據分布式電源容量、發電特性、導線載流量、上級變壓器及線路可接納能力、配電網情況綜合分析后確定[2]。一般情況下，單個并網點容量如果在400 kW以下，通常以380/220 V電壓等級接入，大于400 kW以10 kV等級接入，若大于6 MW，考慮35 kV電壓等級接入。

圖1 并網接入方式

2 繼電保護

光伏電源的并網會造成電網的結構及短路電流的大小、流向發生變化，配電網也從原來的單電源系統變成多電源系統。分布式電源側宜配置相應的繼電保護裝置，且配電網原有的系統保護和重合閘裝置需相應地調整，并需要具有方向性，確保配電網保護能準確、快速地切除故障[3]。

2.1 繼電保護配置

35/10 kV電壓等級接入時，若光伏側設有母線，不必配置專用的母線保護裝置。當發生故障時，通過光伏的后備保護(線路保護)切除故障；并網點處需配置安全自動裝置，若線路保護具備失壓跳閘及低壓閉鎖合閘功能，也可不配置單獨的安全自動裝置。

專線接入時，線路保護需配置方向過電流保護(或距離保護，若靈敏度要求較高時，也可以配置縱差保護)。T接于配電網線路的分布式電源側應配置電流速斷保護。

對于380/220 V接入的分布式電源由于接入容量小，對配電網影響很小，不需要單獨配置繼電保護，要求并網點和公共連接點的斷路器應具備短路瞬時、長延時保護功能和分勵脫扣、失壓跳閘及低壓閉鎖合閘等功能[4]。

2.2 短路電流計算

光伏逆變器過載能力最高可達150%，因此，當系統發生短路故障時，向電網提供的最大短路電流不超過額定電流的1.5倍，即1.5。光伏接入后，公共連接點處的短路電流，并網點短路電流分別為：

2.3 電壓波動率計算

光伏電源輸出功率受光照影響大，具有波動性、間歇性的特點，會引起電網電壓的波動和閃變。根據 Q/GDW 11147-2013《分布式電源接入配電網設計規范》的要求，光伏接入公共連接點造成的電壓波動率不能超過 5%。GB/T12326-2008《電能質量電壓波動和閃變》給出了電壓波動率的計算公式：

3 調度自動化配置

由于分布式光伏接入會影響電網的潮流分布，增加電網調度的復雜度。因此，需要監控系統實時分析分布式光伏電源與主配網間的運行方式，給出調度輔助策略分析，協助調度員進行調度和控制[7]。

3.1 35/10 kV并網調度自動化配置

35/10 kV接入的光伏電站，應將并網狀態、并網電壓、電流、有功無功輸出、發電量、頻率、功率因數、主斷路器開關狀態等信息，通過遠動通信裝置送至調度中心[4]。遠動功能可以集成在光伏監控系統，也可以單獨配置。

與調度之間的通信宜采用電力調度數據專網，通信方式有光纖通信和電力載波通信。其中，光纖通信具有通信容量大、傳輸距離遠、抗電磁干擾、高速率傳輸等優點，應用最為廣泛。目前常用的光纖通信方案有同步數字體系(SDH)、準同步數字系列(PDH)、并網接口裝置三種。

35/10 kV接入系統應在每個并網點配置電能質量在線監測裝置，以無線的方式傳輸至上級運行管理部門，用來監測光伏接入產生諧波、三相不平衡電流、對電網造成電壓波動和閃變的問題[8]。

3.2 35/10 kV SDH通信方式

目前的分布式光伏項目大多數采用SDH通信方式。在光伏電站配置一臺SDH光端機，利用光纜接入變電站的通信電路，將光伏電站的通信、自動化等信息接入系統的通信通道。以10 kV并網為例，單個并網點調度自動化方案見圖2，其中包含個發電單元。

圖2 10 kV SDH調度自動化方案

光伏站設備逆變器、電能表、智能匯流箱等裝置通過485線接入通信接入裝置(規約轉換器)轉換為與監控主站一致的規約，并通過遠動裝置上傳至調度中心。保護裝置的通訊協議若與監控主站的規約一致，可以直接接入監控主站和遠動。

3.3 35/10 kV并網接口裝置通信方式

并網接口裝置是一種用于分布式光伏發電與電網聯接，實現分布式光伏發電信息采集和運行控制的裝置，集成了保護、測控、遠動、電能質量分析、規約轉換、數據上送等功能，可簡化調度自動化方案、節省設備。

380 V接入用戶側的發電系統，由于沒有控制要求，并且只需向調度中心上傳發電量信息。因此，通常采用無線公網傳輸的形式(GPRS)接入配網的調度自動化系統，接入電力系統時必須采取安全隔離措施和傳輸加密技術，保障數據的安全性[9]，不配置獨立遠動系統，而是通過負控裝置實現電量信息的采集并遠傳。由于容量小，對電網沖擊不大，不需配置電能質量在線監測裝置，但計量電能表應具備電能質量在線監測功能，可監測三相不平衡電流。

4 工程案例分析

以浙江某工程為例，光伏電站建設容量為1.06 MW，分為兩個530 kW的發電單元，通過一臺1 000 kVA的雙分裂變壓器升壓到10 kV，經10 kV開關站接入用戶的10 kV母線光伏間隔，運營模式為自發自用，余量上網，接入系統示意圖如圖3所示。

圖3 接入系統示意圖

其繼電保護方案為：2DL處配置階段式方向過電流保護，方向指向用戶母線，與1DL配合。線路保護裝置包含了故障解列功能，動作跳3DL。3DL配置階段式方向過電流保護、失壓跳閘及低壓閉鎖合閘功能，方向指向光伏側，整定與2DL配合。

根據供電公司提供的信息，用戶目前廠區變壓器安裝容量為630 kVA，上級110 kV變電站最高負荷達62.1 MW。光伏電站按0.8倍裝機容量 (即848 kW)輸出至110 kV變電站10 kV線路(最大負荷3.79 MW)，110 kV變10 kV母線基本能消納。

10 kV母線最大運行方式阻抗(標幺值)為0.394 3，10 kV架空線(JK-240)路長1.126 km，線路阻抗(標幺值)為每千米0.317。光伏電站經過接入方案示意圖，開關站至配電房和配電房至10 kV架空線路的距離很近，線路阻抗可以忽略。因此，并網點可近似看作是公共連接點，其最大運行方式下的短路阻抗相等。

接入光伏后，公共連接點(并網點)短路電流：

電壓波動滿足小于5%的要求。公共連接點和并網點的短路電流按照7.41 kA整定，調度自動化依據第四節的配置原則，結合浙江地區電力公司的要求，選用并網接口裝置的方式。該電站目前已投入運行，運行穩定。

5 結論

本文研究了分布式光伏電站接入配電網的設計方案，合理規劃了接入方案的配置，并建立了保護定制的計算模型以及調度自動化的典型方案。通過在浙江某個分布式項目中的應用結果驗證了本文提出的設計方法對指導分布式光伏電源有序、可控地接入配電網具有一定的指導作用。

[1]謝知寒.杭州地區分布式光伏電源接入方式及其保護與控制研究[D].保定：華北電力大學，2013.

[2]國家電網公司.Q/GDW 11147-2013分布式電源接入配電網設計規范[S].北京：國家電網公司，2013.

[3]FAYSAL H.Grid-connection study of the centralized photovoltaic power system in Zarzitta[J].International Journal of Distributed Energy Resources，2006，2(4):325-342.

[4]國家電網公司.分布式電源接入系統典型設計[M].北京：中國電力出版社，2013：62.

[5]湯繼東.中低壓電氣設計與電氣設備成套技術[M].北京：中國電力出版社，2010：38

[6]中國國家標準.GB/T 12326-2008電能質量電壓波動和閃變[S].北京：中國標準出版社，2008.

[7]繆迸榮.太陽能光伏電站監控系統的研究與實現[D].北京：北京交通大學，2012.

[8]VARMA R K，SALAMA M，SEETHAPATH Y R.Large-scale photovoltaic solar power integration in transmission and distribution networks[C]//Proceedings of IEEE Power&Energy Society General Meeting.Canada:IEEE，2009:1-4.

[9]劉偉，彭冬，卜廣全，等.光伏發電接入智能配電網后的系統問題綜述[J].電網技術，2009，33(19)：1-6.

Research on grid-connected scheme of distributed photovoltaic power generation

The overall design principle of distributed photovoltaic connected to the distribution network was introduced， including the choice of grid-connected method， configuration of relay protection and dispatching automation.The design of relay protection on photovoltaic side and line side as well as the calculation of short-circuit current and fluctuation ratio of voltage was introduced. A typical dispatching automation scheme of 10 kV grid-connected system was proposed.The feasibility and stability of the design scheme was verified by the practical engineering application.The design guidance of distributed photovoltaic grid-connected was provided through by the research on grid-connected technology.

distributed photovoltaic;grid-connected;protection;dispatching automation

TM 615

A

1002-087 X(2016)04-0783-03

2015-09-16

趙萌萌(1989—)，女，河南省人，碩士，主要研究方向為光伏發電。