分布式電源接入配電網的方案選擇及應用

皇甫超越

（江門電力設計院有限公司，廣東江門529000）

0 引言

開發并網光伏發電項目是實現能源可持續發展的重要舉措。光伏項目利用當地太陽能資源建設光伏電站，可以改善當地電力系統的能源結構，優化電源結構。本文主要針對江門新會地區的一個光伏并網方案進行詳細分析。

1 分布式電源接入方案選擇原則和方法

1.1 電網安全原則

分布式電源接入不應對現有配電網用戶正常用電帶來不良影響。在確定接入方案時，應以配電網的運行安全為前提，接入容量和接入點均充分考慮配電設備和用戶端電壓合格率等參數。對于三相平衡供電線路，分布式發電功率返送產生的電壓偏差Δu（標幺值）如下：

式中，Pdn為返送有功功率（kW）；l為線路長度（km）；Un為額定電壓（kV）；R0為線路單位長度電阻（Ω/km）；X0為線路單位長度電抗（Ω/km）；φ為功率因數角（rad）。

可見線路截面小（單位長度阻抗大）、供電距離遠易產生電壓越限；反之則先受到設備載流能力限制。

1.2 就地消納原則

分布式發電一般用來滿足當地負荷供電，以減少大規模輸變電帶來的電力損耗，但功率返送會對系統運行帶來不利影響，因此就地消納是分布式電源接入方案選擇的第二原則。在方案選擇時需盡可能精確測算發電與負荷的容量及時間特性，優先選擇能使所發電能在本配電臺區或上一級變電站供電區域內完全消納的方案。

1.3 就近接入和靈活接入原則

選擇確定分布式電源接入配電網方案是一個統籌分析發電與電網情況，互相協調、不斷適應的過程，主要步驟如下：

（1）分析分布式電源發展規模與地域分布。如采用集中電站模式（10 kV或20 kV）接入，則初步確定電站規模和位置；如采用380 V（220 V）低壓接入，則根據發電分布和配電臺區地理劃分情況初步確定各臺區包含的分布式電源裝機容量。當不能確定分布式發電采用何種模式接入時，可分別考慮不同方案類型。

（2）分析分布式發電的消納方式和范圍，計算校核配電網的適應性。根據當地負荷分布、特性和發電容量、特性分析接入臺區可能產生的最大返送功率；總發電能消納時還需計算各段線路的潮流情況并分析電壓分布；如存在較大返送功率需定量計算此時各線路的最高電壓和設備荷載情況。

（3）根據實際問題調整接入方案。當分布式電源接入線路末端使電壓不滿足要求時可將并網點盡量向上級配電出口靠近以降低線路電壓抬升；當設備容量不足時需調整當前項目接入容量，分階段并網并盡快開展配電網擴容改造。

在滿足電網安全和保證消納的基礎上，可利用附近配電網設施以靈活的方式接入，以減少接入投資和建設改造的工程量。

2 光伏電站并網方案應用

本文以“新會李錦記光伏發電項目接入系統”為例描述方案選擇原則的應用。

2.1 近區電網現況和工程項目裝機容量制定

李錦記（新會）食品有限公司位于江門新會區，該廠區負荷約為3.9 MW，江門電網主要通過110 kV七堡站為其供電。該站主變容量為2×40 MVA，10 kV有出線8回，備用出線4回，其中有1回10 kV專線（包裝線）接入廠區包裝廠配電房10 kV母線，另有1回10 kV公用線路（南區乙線）為該廠的麻油廠和醬油廠供電。

根據現廠區倉庫屋頂面積約46 875.31 m2的安裝太陽能電池板位置，光伏發電項目裝機容量可達3.5 MWp。整個廠區負荷約為3.9 MW，考慮0.9的同時率，最大用電負荷約為3.5 MW，本期光伏發電可以在包裝廠10 kV配電房內全部消納，滿足光伏能源就地消納原則。

2.2 并網電壓等級選定

（1）110 kV電壓等級接入。若以110 kV電壓等級接入江門電網，光伏發電需將電壓由380 V升為110 kV后接入，再經過變電站主變降壓為10 kV電壓為廠區負荷提供電力。從電網潮流來看，將形成潮流迂回現象，并產生線路和主變損耗。廠區內建設110 kV升壓站，則增加建站費用，總投資較大。該方案不可行。

（2）10 kV電壓等級接入。本期光伏發電項目可利用現有10 kV包裝線專用線路上送電力，廠房屋頂光伏發電項目裝機容量為3.5 MWp，可以10 kV電壓等級接入包裝廠10 kV配電房。從縮短供電距離及電力接地消納的角度考慮，滿足就近接入和靈活接入原則。

2.3 短路電流計算

根據光伏發電相關標準設計，七堡站10 kV側母線短路時，光伏發電至短路點的短路電流按照1.5倍光伏電站額定電流考慮。如表1所示，七堡站各級電壓等級短路電流均滿足要求和電網安全原則。

表1 2020年110 kV七堡站各級電壓短路電流計算結果

2.4 系統運行對項目的要求

2.4.1 對開關站的要求

系統方面對光伏發電開關站變壓器參數的選擇不做特殊要求，但變壓器容量選擇須滿足機組電力全部送出要求。

2.4.2 并網保護功能

作為接入電網的發電設備，項目逆變器應保證并網運行對電網無沖擊、無擾動，各功能均應符合分布式光伏發電系統接入電網技術規范。

（1）無沖擊、無擾動的并網控制。本項目逆變器的核心控制采用SVPWM技術，通過檢測電網電壓，輸出與電網同頻、同相的電流，電流幅值受程序控制，與池板功率成正比。這既保證并網逆變器運行對電網電壓無沖擊、無擾動，又保證并網電流低諧波和高功率因數。

（2）無直流分量、安全、抗干擾的隔離變壓器并網方式。每臺逆變器均配有同功率級別的隔離變壓器，逆變器通過隔離變壓器進行并網，實現對直流分量的電氣隔離，并提高逆變器并網安全性和抗干擾性。

（3）電網過壓、欠壓保護，過頻、欠頻保護。接入電網發生故障時，逆變器應停止向電網供電，跳開交流接觸器，并發出警示信號。

（4）恢復并網保護。1）因超保護閾值狀態導致逆變器停止向電網供電后，在電網電壓和頻率恢復到正常范圍后的20 s～5 min，逆變器不向電網供電。達到整定時間后，系統再自動檢測電網電壓、頻率、相位是否與本身的在一定范圍內一致。如果一致，自動控制交流接觸器合閘，重新與系統并網。2）當本系統沒有能量輸出，不能對外供電時，監控系統自動跳開交流接觸器，這樣可減少隔離變壓器的不必要電能損耗。

（5）防孤島效應保護。并網逆變器是獨立的發電設備，為保護維護人員在電網故障停運時的安全，本項目逆變器應提供“防孤島效應保護”。若逆變器并入的電網供電中斷，逆變器在2 s內停止向電網供電，并發出警示信號。

（6）諧波分量控制。并網發電后，將在發電段進行諧波檢測，根據檢測結果進行治理，主要依靠并網逆變器來保證，控制產生的諧波分量滿足相關技術規定。

2.5 并網小電源對系統保護和監控配置要求

根據調度要求，光伏電站及包裝廠配電房側發生短路故障時，需0 s切除故障點；當電網側發生故障時，光伏發電側逆變器孤島保護及低頻低壓解列裝置需0.6 s內與系統解列。考慮到系統對并網小電源的可能影響，提出低頻低壓解列功能的必要性。系統故障聯跳小電源后，可在6.5 s時間恢復并網。七堡站110 kV備自投動作，需考慮切除小電源，因此本期工程當110 kV備自投動作時需提供跳閘信號至李錦記10 kV包裝廠配電房側，跳開并網柜斷路器。

光伏電站和開關站實時遠動信息要求送調度SCADA/EMS系統，有關電度量送計量自動化系統。此外，光伏電站的監控系統需具備有功功率控制功能、無功功率和電壓調節能力，并配置二次安防系統。

3 結語

本文通過分析分布式電源接入的三大原則，以光伏并網的案例逐一說明了原則的應用對方案制定的影響，分別就裝機容量、接入點短路容量計算、接入電壓等級合理性對比、保護配置以及監控系統建設等方面描述了分布式變電站需要考慮的重要因素。

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