發(fā)電廠內(nèi)光伏電站并網(wǎng)側(cè)電源安全運行的探討

許 震

(國家能源集團諫壁發(fā)電廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

0 引言

發(fā)電廠內(nèi)光伏電站是通過其廠用電系統(tǒng)進行保障性消納從而實現(xiàn)商業(yè)運行的光伏項目，為火力發(fā)電企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、多元發(fā)展提供了示范。隨著發(fā)電廠內(nèi)光伏發(fā)電項目的建設(shè)、調(diào)試、投產(chǎn)和運行，光伏電站的運營、維護、托管成為重點課題，其中光伏電源并網(wǎng)側(cè)電源的運維顯得尤為重要。

1 廠內(nèi)光伏電站配置

某火電廠利用廠區(qū)內(nèi)閑置地面和建筑物屋頂，采用“廠用電接入、全額上網(wǎng)”模式建設(shè)光伏發(fā)電項目，總?cè)萘考s8.1 MW (峰值功率)，年平均發(fā)電量約807.084萬kWh，年發(fā)電利用小時數(shù)約996.4 h。

該光伏工程采用固定式安裝，地面區(qū)域電池方陣的固定傾角為15°，混凝土屋頂區(qū)域電池方陣的固定傾角為8°，彩鋼瓦及車棚區(qū)域電池方陣采用順坡平鋪。

項目采用兩個子系統(tǒng)，1， 2號子系統(tǒng)發(fā)電單元裝機容量分別為4.266 MW， 3.834 MW，其電池組件均為每18/20塊組成1串，并列多路接入1臺逆變器，其中1號子系統(tǒng)的1B，2B，3B箱變輸入的是逆變電壓分別為0.4 kV，0.4 kV，0.8 kV的三相交流電，2號子系統(tǒng)的4B，5B，6B箱變輸入的逆變電壓均為0.4 kV的三相交流電，各單元經(jīng)升壓并入電廠的6 kV廠用電系統(tǒng)A段。

2 光伏配置的安全影響因素分析

分布式光伏電源接入廠用電系統(tǒng)后，對廠用電系統(tǒng)傳統(tǒng)的管理提出了新的挑戰(zhàn)，其接入不僅改變了廠用電系統(tǒng)的電源供電模式，還對廠用電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行帶來較大影響。受天氣和光照強度的影響，光伏電源的輸出功率具有間歇性、波動性的特點，對供電可靠性、電能質(zhì)量及運行檢修等都產(chǎn)生了較大影響。光伏對廠用系統(tǒng)的影響主要涉及電壓波動、諧波的污染及直流分量的考量，同時需要考慮光伏非計劃性孤島及繼電保護與安全自動裝置的影響。

2.1 電壓波動

光伏發(fā)電裝置的實際輸出功率隨著光照強度的變化而變化，白天光照強度最強時，發(fā)電裝置輸出功率最大，夜間幾乎無光照后輸出功率基本為零。而實際運行中，太陽光照強度的變化過程是一個平緩持續(xù)的過程，光伏發(fā)電項目送出功率變化引起系統(tǒng)側(cè)的電壓水平的變化同樣較為緩慢，從發(fā)電實際工況曲線也可看出，光伏電站接入廠用電系統(tǒng)所導(dǎo)致的系統(tǒng)側(cè)電壓波動和閃變均可滿足要求。

2.2 諧波污染

分布式光伏電源供出的直流電須經(jīng)由逆變器逆變成交流電，方可并入系統(tǒng)，而接入電網(wǎng)的逆變器含有大量的電力電子元器件，逆變器元件的頻繁開通與關(guān)斷會產(chǎn)生大量諧波分量，進而引起廠用系統(tǒng)的諧波污染。這一問題隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展及控制方法的成熟，特別是基于PWM逆變技術(shù)的應(yīng)用，逆變器的輸出特性已大為改觀，輸出電能已基本能夠滿足電能質(zhì)量的要求，但仍需要采取降低諧波源的諧波含量，以及利用濾波器進行濾波等措施來抑制諧波，使產(chǎn)生的諧波電壓(電流)滿足條件。

項目由于容量較小，且光伏電站出現(xiàn)的問題主要是由光伏逆變器設(shè)備引起的電能質(zhì)量問題，當(dāng)光伏逆變器設(shè)備的相關(guān)指標符合規(guī)定時，分布式光伏并網(wǎng)引起的廠用電系統(tǒng)電壓偏差、諧波、閃變及電壓波動、三相不平衡等電能指標一般均可滿足國家標準。根據(jù)計算，此次光伏電站接入系統(tǒng)諧波電壓總諧波畸變率為0.013 %，滿足要求。

2.3 直流分量

光伏電站逆變器輸出經(jīng)升壓變壓器升壓后接入廠用電系統(tǒng)，升壓變壓器低壓側(cè)繞組采用三角形接線將直流分量隔離，故直流分量不會傳送到廠用系統(tǒng)，滿足《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中的相關(guān)要求。

2.4 光伏非計劃性孤島

分布式光伏引起的非計劃性孤島運行可能對電網(wǎng)負載或人身安全造成危害。電力孤島區(qū)的供電電壓與頻率出現(xiàn)不穩(wěn)定，電網(wǎng)恢復(fù)供電時會引起較大的電流沖擊。另外，廠用電母線系統(tǒng)檢修期間要將分布式光伏發(fā)電作為安全風(fēng)險點納入計劃檢修管理，否則將直接對檢修人員人身安全產(chǎn)生威脅。

作為運行與檢修部門，要加強分布式光伏發(fā)電的管理，如在廠用電系統(tǒng)接線圖中注明光伏電源的項目，工作票系統(tǒng)中將光伏電源作為安全風(fēng)險點，現(xiàn)場安全措施應(yīng)考慮光伏電源的隔離，現(xiàn)場開工作業(yè)時告知光伏發(fā)電可能來電的方向等。

2.5 繼電保護與安全自動裝置

分布式光伏接入廠用電系統(tǒng)運行，需對并網(wǎng)運行的分布式光伏系統(tǒng)配置相關(guān)的繼電保護裝置和故障解列等安全裝置。當(dāng)分布式光伏線路本身或分布式光伏所接入的廠用系統(tǒng)發(fā)生故障，所配置的防孤島保護應(yīng)能可靠動作，及時切除故障點，保證動作時間與廠用快切裝置的時間配合，從而確保供電質(zhì)量，減少廠用系統(tǒng)設(shè)備的損壞以及對于檢修人員的人身威脅。

2.5.1 光伏并網(wǎng)側(cè)需配置安全自動裝置

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)會對配電網(wǎng)的電壓與頻率質(zhì)量及其控制造成一定影響，光伏并網(wǎng)側(cè)需配置安全自動裝置，一般應(yīng)具備低壓解列、低頻解列、過頻解列、過壓解列等基本功能，以及實現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能、跳開光伏并網(wǎng)側(cè)斷路器功能等。

2.5.2 加裝防孤島保護裝置

若光伏發(fā)電容量相對于負載比例較小，當(dāng)廠用系統(tǒng)失電后，電壓、頻率會快速衰減，逆變器可以準確檢測出來。但隨著光伏發(fā)電容量的不斷加大，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中會有多種類型的并網(wǎng)型逆變器接入同一并網(wǎng)點，導(dǎo)致互相干擾，同時在出現(xiàn)發(fā)電功率與負載基本平衡時，抗孤島檢測時間會明顯增加，甚至可能出現(xiàn)檢測失敗，故在并網(wǎng)型逆變器具備孤島保護功能的前提下，仍要求光伏系統(tǒng)并網(wǎng)點加裝防孤島保護裝置，這是為了實現(xiàn)防孤島保護準備的二次防護。

逆變器防孤島保護與光伏并網(wǎng)點防孤島保護裝置的動作范圍不一樣，逆變器檢測市電消失后自動關(guān)機退出運行，而并網(wǎng)點防孤島保護裝置動作跳開并網(wǎng)開關(guān)。

防孤島保護裝置作用于光伏電站的小電源并網(wǎng)供電系統(tǒng)，在發(fā)生孤島現(xiàn)象時，該保護裝置可以快速切除并網(wǎng)點，使電站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，從而保證整個電站的安全以及相關(guān)維護人員的生命安全。該站采用國電南瑞NSR659RF-D防孤島保護裝置，其保護裝置柜內(nèi)有以下保護壓板：投裝置檢修壓板、投低壓解列、投低頻解列、投過壓解列、投高頻解列。

2.5.3 廠用電快切裝置增設(shè)聯(lián)跳開關(guān)邏輯

為了消除光伏并網(wǎng)電源對機組廠用電系統(tǒng)廠用電快切裝置的影響，在6 kV廠用電快切裝置切換邏輯中，增設(shè)聯(lián)跳光伏并網(wǎng)側(cè)開關(guān)回路，光伏并網(wǎng)側(cè)開關(guān)先跳開作為廠用電備用開關(guān)合閘條件之一。

2.5.4 低電壓穿越保護

逆變器的低電壓穿越保護指當(dāng)電力系統(tǒng)事故或擾動引起光伏電站并網(wǎng)點電壓跌落時，在一定的電壓跌落范圍和時間間隔內(nèi)，光伏電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行的功能。根據(jù)NB/T 32005—2013《光伏發(fā)電站低電壓穿越監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，低電壓穿越功能適用于35 kV及以下的電壓等級并網(wǎng)，以及通過10 kV等級與公共電網(wǎng)連接的新建、擴建和改造的光伏發(fā)電站。

低電壓穿越能力需要由逆變器實現(xiàn)，故并網(wǎng)側(cè)電源開關(guān)就不考慮此功能了。

2.5.5 光伏并網(wǎng)側(cè)開關(guān)保護裝置

采用國電南瑞NSR612RF-D線路保護測控裝置，保護壓板有保護跳閘壓板、投快切跳閘壓板、孤島保護跳閘壓板(由防孤島保護裝置1CLP1壓板來承擔(dān))、投檢修態(tài)壓板、低周減載壓板(不投)、低壓減載壓板(不投)等。

3 日常操作說明

3.1 光伏并網(wǎng)分合閘采用DCS遙控方式

光伏并網(wǎng)開關(guān)分合閘操作采用DCS遙控方式，具體操作由新能源部通知副值長，副值長下令當(dāng)班電氣人員執(zhí)行。

3.2 采用3塊開關(guān)柜壓板進行投切操作

并網(wǎng)開關(guān)柜壓板投切方式為：“保護跳閘”“快切聯(lián)跳”“孤島跳閘”共3塊壓板投入，“投檢修壓板”“低周減載”“低壓減載”共3塊壓板解除。

3.3 廠用電切換及母線檢修操作規(guī)定

機組啟動和解列過程中，廠區(qū)光伏系統(tǒng)操作規(guī)定如下。

(1) 機組啟動。機組正常啟動前，光伏并網(wǎng)開關(guān)所在段母線由6 kV備用電源供電。應(yīng)在6 kV廠用電切換前，通知新能源部停用該段母線光伏系統(tǒng)；待廠用電切換至工作電源供電正常、系統(tǒng)穩(wěn)定后，通知新能源部投入該段光伏系統(tǒng)。

(2) 機組停機。機組正常停機前，光伏并網(wǎng)開關(guān)所在段母線由6 kV工作電源供電。應(yīng)在6 kV廠用電切換前，通知新能源部停用該段母線光伏系統(tǒng)；待廠用電切換至備用電源供電正常、系統(tǒng)穩(wěn)定后，通知新能源部投入該段光伏系統(tǒng)。

(3) 母線檢修。廠用6 kV A (B)段母線需要停運檢修，應(yīng)提前通知新能源部將該段母線上所屬廠區(qū)光伏系統(tǒng)可靠隔離；停用該段母線上6 kV光伏并網(wǎng)開關(guān)，并將其拉至試驗位置，驗明開關(guān)下樁頭三相無電后合上接地閘刀。

4 事故及異常處理建議

(1) 當(dāng)機組或廠用電系統(tǒng)發(fā)生異常需要立即進行廠用電切換操作時，可直接拉開該段光伏并網(wǎng)開關(guān)，匯報副值長并通知新能源部對該段光伏系統(tǒng)進行檢查和操作。

(2) 當(dāng)光伏并網(wǎng)開關(guān)運行中發(fā)生跳閘時，不得再次強行合閘，應(yīng)檢查保護動作情況，記錄跳閘時間，并聯(lián)系新能源部處理。

(3) 當(dāng)機變保護動作時，廠用電快切裝置動作切換廠用電，應(yīng)檢查光伏并網(wǎng)開關(guān)是否按規(guī)定跳閘；如未跳閘，可直接拉開光伏并網(wǎng)開關(guān)置“禁操”，通知新能源部對該段廠區(qū)光伏進行處理。

(4) 巡檢中發(fā)現(xiàn)光伏并網(wǎng)開關(guān)、計量柜內(nèi)保護裝置、分合閘狀態(tài)指示、計量柜參數(shù)異?；蚱渌惓Ｇ闆r，應(yīng)立即通知新能源部進行檢查。