分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的設計要求分析

廖彬

（廣東南海電力設計院工程有限公司　廣東佛山　528200）

1　引言

近年來，我國為了解決能源短缺問題，降低因對資源的過度開發(fā)造成的環(huán)境污染問題，大力推廣節(jié)能減排和新能源的開發(fā)。作為節(jié)能環(huán)保的可再生新能源，光伏發(fā)電的應用日益廣泛。通過將太陽能轉化為電能，不進降低了對環(huán)境的污染和資源開發(fā)，而且具有較高的經(jīng)濟效益。因此，研究分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的設計技術具有重要的現(xiàn)實意義。

2　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

2.1　太陽能電池組

現(xiàn)階段，常見的太陽能電池組由結晶硅構成。當結晶硅在太陽的照射下，在硅材料上形成與其類型相反的摻雜層，出現(xiàn)較大面積的PN結，并在PN結周圍形成光生電壓。在太陽能電池的P端和N端引出連接到負載上，就會形成電流流通，實現(xiàn)了太陽能往電能的轉化過程。

2.2　蓄電池

作為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能設備，蓄電池主要是將太陽能電池轉化的電電能進行儲存，并當因一些外界因素影響（例如連續(xù)陰天、雷雨季節(jié)）導致太原能電池發(fā)電量不足時，可以將儲存的電能進行釋放。一般情況下，在進行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池選擇時，會結合當?shù)貙嶋H情況，在確保蓄電池安全可靠的情況，選擇相對經(jīng)濟且符合系統(tǒng)要求容量的產品。

2.3　充電控制器

通過設置充電控制器，可以有效的保護蓄電池的性能，降低過充放電對蓄電池的危害。它可以對太陽能電池組輸送給蓄電池的電流和電壓進行控制，也可以對蓄電池對負載的輸出電壓和電流進行控制，從而達到對蓄電池的充電和放電進行控制的目的，最終保護蓄電池的性能和使用壽命。

2.4　逆變器

由于太陽能電池組轉化的電能為直流電，只有對直流電進行一定的處理，才能將其接入到電網(wǎng)當中，投入使用。通過設置逆變器，可以實現(xiàn)對直流電的控制、檢測和保護作用。當逆變器接收到來自于太陽能電池組的滯留電流和電壓等信號時，根據(jù)分析和處理，向驅動號主電路發(fā)出控制信號，將直流電轉化為正弦波電流，實現(xiàn)了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電。

3　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的不利影響

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在一定的技術特點，接入電網(wǎng)后會對電網(wǎng)系統(tǒng)產生一些影響，因此，在進行接入電網(wǎng)設計過程中，必須著重注意降低和杜絕以下因素的影響。

3.1　對電壓的影響

當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電源接入到電網(wǎng)之后，會減少饋線上的傳輸功率，從而提升了饋線相關負荷節(jié)點的電壓，甚至會導致出現(xiàn)一些節(jié)點的電壓產生偏移超標的問題。此外，由于隨著太陽光輻射強度的變化，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量也存在一定的差異，這會引起電網(wǎng)線路的電壓持續(xù)處于波動狀態(tài)，影響供電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

3.2　對電流保護的影響

在分布式電網(wǎng)中，光伏系統(tǒng)處于保護電路的下游，而產生故障的短路點處于保護電路的上游，這時光伏系統(tǒng)會對電流的保護產生影響，會導致短路點出現(xiàn)較大的短路電流，從而使得出現(xiàn)保護無動作，引起系統(tǒng)跳閘的問題。

3.3　注入諧波電流

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器在進行工作過程中，會因為電子元件的作用產生一定的諧波。當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，這部分諧波會跟隨著電能進入到電網(wǎng)當中，對電網(wǎng)造成一定的污染。

3.4　孤島效應

當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，可能會產生孤島效應，從而引發(fā)以下安全問題：

（1）影響相關電網(wǎng)檢修人員的人身安全。

（2）會影響電網(wǎng)供電的質量和穩(wěn)定性，造成用電復雜設備因電壓不穩(wěn)定產生燒損的問題。

（3）當電網(wǎng)恢復正常時，因相位不同步的問題，在電網(wǎng)中引發(fā)較大的電流沖擊，影響相關人員和設備的安全。

4　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的設計分析

根據(jù)電網(wǎng)相關要求，對380V和10（20）kV電壓等級接入用戶側的接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，（如圖1～2）下面將針對相關技術要求進行分析。

圖1　分布式光伏系統(tǒng)通過用戶配電房及10（20）kV專線接入電網(wǎng)

圖2　通過用戶0.38kV配電箱及10（20）kV專線接入電網(wǎng)

4.1　接入電壓等級

當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)過程中，并網(wǎng)點處的電壓超過規(guī)定的范圍時，應嚴格按照規(guī)定要求停止分布式發(fā)電系統(tǒng)的送電。例如：如果并網(wǎng)點此時的電壓在額定電壓的85～110%之間，電網(wǎng)正常運行，如果超出這個范圍或者低于這個范圍，應在0.2s內停止進行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電行為。在進行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時，應結合當?shù)毓╇娋€路的實際情況，以及光伏電站的安裝容量，統(tǒng)籌分析，綜合考慮接入電壓等級電網(wǎng)的相關技術要求，如配電容量、電能的質量等，接入電網(wǎng)電壓等級要求如下：

（1）對于不超過1000kW的接入容量，應按照380V的接入電壓等級；如果超過了1000kW的接入容量，則應按照10kV的接入電壓等級。

（2）同一客戶的380V接入電壓的接入點數(shù)量應低于5個，且接入總容量應低于5000kW。

（3）當采用380V的接入電壓等級時，相關的單臺10/0.38kV專用變壓器的分布式光伏發(fā)電總量應低于配電變壓器容量的85%；且相對應的單臺10/0.38kV公用變壓器的分布式光伏發(fā)電總量應低于配電變壓器容量的25%。

4.2　電能質量監(jiān)測要求

由于在電網(wǎng)中接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，會對電網(wǎng)的電壓產生影響，引起電壓的波動和閃動等問題。為了降低這一影響，應在設計過程中，設置電能質量檢測裝置。當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，對相關PCC點的電壓相關數(shù)據(jù)進行在線實時檢測，查看是否滿足相關標準規(guī)定要求。例如：電壓偏差、并網(wǎng)點頻率、相電壓、電壓波動和閃變以及三相不平衡等，關鍵的指標要求如下：

（1）接入電網(wǎng)時，供電電壓的偏差不得上下浮動超過7%。

（2）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)時，為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定且正常運行，對于并網(wǎng)點的頻率要求應控制在49.5～50.2Hz；如果出現(xiàn)頻率范圍不符合分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運行的問題，應確保逆變控制器可以在0.2s內切斷分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸電工作。

（3）當分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)時，會導致連接點的電壓產生浮動變化，在設計時，應注意此處電壓的浮動不能超過3%。

4.3　防逆流控制

常見的防逆流控制可以分為以下方式：

（1）通過防逆流控制器對并網(wǎng)點的相關電流和電壓數(shù)據(jù)的采集，如果出現(xiàn)逆流問題，其可以及時的控制逆變器的輸出功率，最終實現(xiàn)對逆變器的關閉，從而降低因逆流產生損失。

（2）通過防逆流控制器對并網(wǎng)點的相關電流和電壓數(shù)據(jù)的采集，當并網(wǎng)點出現(xiàn)逆流問題時，防逆流控制一次性將所有的逆變器進行關停，來對逆流進行控制。

（3）通過防逆流控制器對產權分界點的電流和電壓數(shù)據(jù)進行采集，如果出現(xiàn)逆流問題，其可以及時的控制逆變器的輸出功率，最終實現(xiàn)對逆變器的關閉，從而降低因逆流產生損失。

4.4　防孤島效應

孤島問題的產生，會對電網(wǎng)系統(tǒng)的相關設備和工作人員帶來巨大的安全隱患。因此，在進行聯(lián)網(wǎng)過程中，為了有效的避免孤島對電網(wǎng)系統(tǒng)產生影響。通過設置具有孤島檢測能力的逆變器，其能夠自動檢測到孤島問題后，快速的切斷分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的輸電連接。

5　結束語

隨著科學技術的發(fā)展，人們對新能源的開發(fā)力度越來越大。作為重要的新能源，太陽能在生活中應用越來越廣泛。通過將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)進行銜接，研究分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)過程中存在的問題，并采取相對應的措施，實現(xiàn)了新能源的高效利用，推動分布式光伏發(fā)電在我國電網(wǎng)中的持續(xù)發(fā)展。