淺析分布式光伏電源接入電網(wǎng)安全管理

朱少芬

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司三明供電公司,福建 三明 365000）

多年來(lái)，為改善我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，國(guó)家和地方政府陸續(xù)出臺(tái)了一系列政策，在此大背景下，我國(guó)新能源技術(shù)取得了突出成效。太陽(yáng)能作為清潔能源，一大利用方式為光伏發(fā)電，在當(dāng)前相關(guān)理論與技術(shù)的支持下，分布式光伏電源接入電網(wǎng)的情況較為常見(jiàn)，這一并網(wǎng)方式下配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，在供配電過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)較大。行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢(shì)下，分布式光伏電源接入電源方面應(yīng)增大在安全管理中的投入，轉(zhuǎn)變安全管理理念、方法與技術(shù)，構(gòu)建科學(xué)的工作機(jī)制。

1 分布式光伏電源接入電網(wǎng)的限制性條件

1.1 受變電站與電路限制

在電網(wǎng)中允許分布式光伏電源接入，實(shí)際上是為了提高電網(wǎng)的供配電能力，為生產(chǎn)生活提供優(yōu)質(zhì)的電能資源。但依據(jù)這一接入方式及過(guò)程，在運(yùn)行過(guò)程中變電站對(duì)其接入效果、運(yùn)行穩(wěn)定的干擾較大，主要表現(xiàn)為剩余間隔、負(fù)荷水平最大值。當(dāng)然，電路也會(huì)造成一定的限制，當(dāng)接入的光伏電源被電路所限制時(shí)，在電網(wǎng)中電路模型、無(wú)功補(bǔ)償、電路總長(zhǎng)及其負(fù)載等起到了關(guān)鍵作用。

1.2 變電站負(fù)荷最大值

當(dāng)在原有的電網(wǎng)中加入了分布式光伏電源后，由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有顯著變化，在電能傳輸過(guò)程中不得繼續(xù)采用主變壓器。在接入過(guò)程中變電站負(fù)荷最大值為需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)，因?yàn)橹挥写_定了此參數(shù)，才能準(zhǔn)確判定能否吸收發(fā)電容量。

1.3 剩余變電站間隔

實(shí)際的工作中一旦分布式光伏容量值較大，超出了正常限制，此時(shí)其在與變電站連接過(guò)程中需采用特有的連接方式，否則，如選用的連接方式不符合要求，將影響接入效果。當(dāng)在電網(wǎng)中利用分布式光伏電源供應(yīng)電能，變電站剩余間隔數(shù)量對(duì)專線接入有明顯限制。

2 分布式光伏電源原理

當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，分布式光伏電源技術(shù)的應(yīng)用相對(duì)較多，其中涉及很多部分，主要為直流源（光伏電池組件、方陣支架）、直流配電單元（直流匯流箱、直流配電柜）、并網(wǎng)逆變器、交流配電單元等部分，每部分都有其作用，在相互關(guān)聯(lián)下可順利發(fā)電并實(shí)現(xiàn)電力供應(yīng)、并網(wǎng)。分布式光伏電源的運(yùn)行過(guò)程為：太陽(yáng)輻射作用下由太陽(yáng)能電池組件陣列接收太陽(yáng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能，輸出到直流匯流箱再經(jīng)過(guò)直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器進(jìn)行逆變處理，逆變成的交流電一部分用于當(dāng)下所需，另一部分接入電網(wǎng)。

3 分布式光伏電源接入電網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)

3.1 對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)維檢修的影響

3.1.1 增加了“反送電”安全風(fēng)險(xiǎn)

將分布式光伏電源接入電網(wǎng)后，電網(wǎng)運(yùn)行模式較之原先有顯著調(diào)整，停電檢修區(qū)域出現(xiàn)“孤島”現(xiàn)象的幾率較高，此區(qū)域可能存在多個(gè)“孤島”電源點(diǎn)，如未及時(shí)處理相應(yīng)問(wèn)題，勢(shì)必伴隨著“反送電”現(xiàn)象，帶來(lái)更大的安全風(fēng)險(xiǎn)。上述現(xiàn)象可能是逆變器類分布式電源在接入電網(wǎng)時(shí)，未提前分析負(fù)荷情況，接入電源與系統(tǒng)負(fù)荷匹配性不足，負(fù)荷過(guò)度依賴公共電網(wǎng)電源，一旦公共電網(wǎng)供電異常或者出現(xiàn)其他問(wèn)題，分布式光伏電源接入電網(wǎng)的運(yùn)行效果不佳。另外，用戶并網(wǎng)逆變器的質(zhì)量缺陷也是誘發(fā)“反送電”現(xiàn)象的一大主因，正是因?yàn)椴⒕W(wǎng)逆變器的這一特點(diǎn)，在預(yù)防“反送電”問(wèn)題時(shí)，應(yīng)尤其關(guān)注此設(shè)備。分布式光伏電源接入電網(wǎng)下的“反送電”風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在以下方面：（1）“孤島”運(yùn)行檢測(cè)失效，結(jié)果不準(zhǔn)，比如，用戶負(fù)荷主要由分布式電源提供，或者有極其強(qiáng)大的負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，當(dāng)公共電網(wǎng)供電中斷、“孤島”形成前后分布式電源接入電網(wǎng)時(shí)的電壓或變化異常小時(shí)，難以達(dá)到保護(hù)整定值規(guī)定、孤島檢測(cè)失效，而此時(shí)的“孤島”條件更有利于“反送電”。（2）分布式電源并網(wǎng)逆變器從本質(zhì)上來(lái)看為用戶所有，在實(shí)際的工作中，用戶一般能根據(jù)需求來(lái)選擇特定型號(hào)的逆變器，因?yàn)橛脩舻淖灾鬟x擇特性，公共電網(wǎng)檢修與維護(hù)單位并不能全面把握設(shè)備質(zhì)量，經(jīng)常因選擇劣質(zhì)設(shè)備而引發(fā)“反送電”。

3.1.2 降低了停電檢修維護(hù)效率

依據(jù)當(dāng)下分布式光伏電源接入電網(wǎng)的情況，其接入主要為T(mén) 接并入方式，這一連接條件下一旦系統(tǒng)在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，有關(guān)人員需耗費(fèi)更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)分析故障類型，并實(shí)現(xiàn)故障的精確定位，掌握故障原因，整個(gè)過(guò)程中的工作難度大、效率低，故障范圍逐步擴(kuò)大，將造成更大的風(fēng)險(xiǎn)及損失。

3.2 對(duì)電網(wǎng)控制和安全運(yùn)行的影響

電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中受諸多因素影響，將分布式光伏電源接入電網(wǎng)后，考慮到光伏電源的不確定性，在電網(wǎng)運(yùn)行中可能受到這一方面不確定因素的干擾，導(dǎo)致電網(wǎng)功率波動(dòng)異常，風(fēng)險(xiǎn)頻發(fā)。

3.2.1 對(duì)短路電流水平影響

在大力推廣新能源的社會(huì)環(huán)境下，很多專家學(xué)者都在新能源利用方面展開(kāi)了大量的理論探索與實(shí)踐分析。針對(duì)分布式光伏電源接入電網(wǎng)的形式，從理論角度來(lái)看，機(jī)端短路情況下逆變器類并網(wǎng)的分布式電源，其提供的短路電流雖高于額定電流值，但其高出值較小，僅能達(dá)到額定電流的1.1 ～1.5 倍，但旋轉(zhuǎn)電機(jī)類并網(wǎng)的分布式電源，提供的短路電流異常大，基本為額定電流值的6 ～10 倍。為此，如在實(shí)際的工作中采用的是低壓分散并網(wǎng)的分布式電源，其機(jī)組容量相對(duì)較小，且光伏發(fā)電占比高，機(jī)組短路電流偏低，雖對(duì)低壓配電網(wǎng)短路電流水平存在一定的影響，但其影響水平微乎其微；如為容量較大的燃?xì)廨啓C(jī)、柴油機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)類的分布式電源接入電網(wǎng)，電網(wǎng)短路電流水平相對(duì)較大。目前，我國(guó)的大部分城市都建立了相對(duì)完善的電網(wǎng)，雖相關(guān)技術(shù)逐步發(fā)展，但配電網(wǎng)短路電流水平逐年增大，這一現(xiàn)象在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、電力負(fù)荷較高的東部城市表現(xiàn)更為明顯，如未注意這一問(wèn)題，電網(wǎng)繼續(xù)運(yùn)行將出現(xiàn)安全事故。

3.2.2 對(duì)配電設(shè)備利用率的影響

隨機(jī)性、波動(dòng)性為分布式電源的典型特點(diǎn)，相比較來(lái)說(shuō)，光伏、風(fēng)電、徑流式小水電等可再生能源分布式電源無(wú)法保持電源的持續(xù)供應(yīng)，在供應(yīng)電能時(shí)，常常出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，這主要是因?yàn)檫@些供電方式下存在諸多不確定性因素。從建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)分析，對(duì)于小型分布式電源而言，一般未設(shè)置儲(chǔ)能裝置，很難具備持續(xù)、穩(wěn)定供電條件；但分布式電源供電的用戶對(duì)供電要求相對(duì)較高。因此，分布式光伏電源接入電網(wǎng)的過(guò)程中，對(duì)配電設(shè)備利用率的影響較大，配電網(wǎng)必須有充足的備用容量，顯然，很多情況下，配電網(wǎng)的備用容量達(dá)不到要求，在供電過(guò)程中經(jīng)常遇到一些突發(fā)性問(wèn)題，導(dǎo)致配電設(shè)備利用率偏低，增大設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.3 對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

一些分布式電源為低壓分散并網(wǎng)方式，此方式下的容量小，且光伏發(fā)電占比高，此時(shí)，機(jī)組短路電流維持在較低水平，該電流接入配電變壓器低壓側(cè)，一旦分布式電源發(fā)電電量在本臺(tái)區(qū)消納，整個(gè)過(guò)程中對(duì)中壓配電網(wǎng)的干擾微乎其微；一旦通過(guò)變壓器向上一電壓等級(jí)送電，中壓配電網(wǎng)保護(hù)異常，伴隨著一定的風(fēng)險(xiǎn)。比如，對(duì)電流保護(hù)方面，保護(hù)靈敏度顯著降低，動(dòng)作緩慢且存在動(dòng)作錯(cuò)誤等情況；對(duì)于采用專線接入的分布式電源，此接入方式下配電網(wǎng)潮流方向未變化，對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)雖有影響，但其影響程度異常小。另外，對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)重合造成的非同期重合、故障點(diǎn)電弧重燃等問(wèn)題突出。

3.2.4 對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化的影響

在采用了分布式光伏電源接入電網(wǎng)的方式后，配電網(wǎng)中因?yàn)樘砑恿撕芏嘈略O(shè)備，再加上新舊電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式、線路布局等各有不同，在配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控過(guò)程中的復(fù)雜性大大提高，如未獲取更完整和全面的信息，誤調(diào)度現(xiàn)象難以避免。另外，一些情況下，配電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度需接入分布式電源實(shí)時(shí)發(fā)電信息，此項(xiàng)工作雖能為控制管理提供便捷，但信息安全問(wèn)題突出，如未合理進(jìn)行安全防護(hù)，可能存在信息泄露問(wèn)題。

3.2.5 對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的影響

如太陽(yáng)能光照不穩(wěn)定，分布式光伏電源接入電網(wǎng)時(shí)發(fā)電量、效率將存在一定的變化，系統(tǒng)的調(diào)控難度明顯增大，在光伏電源容量較大的過(guò)程中，系統(tǒng)的備用部分存在穩(wěn)定性不足問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。

4 分布式光伏電源接入電網(wǎng)的安全管理措施

4.1 改造配電網(wǎng)的目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法

面對(duì)分布式光伏電源接入電網(wǎng)所面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)，為實(shí)現(xiàn)安全管理的目標(biāo)，相關(guān)人員在具體的工作中必須改變配電網(wǎng)的目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)方法，主要需注意以下方面：（1）如電網(wǎng)保持在相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)下，有關(guān)人員需結(jié)合實(shí)際情況，合理利用分布式光伏的能力，將其接入電網(wǎng)，保持電網(wǎng)安全。（2）如電力用戶對(duì)供電質(zhì)量有嚴(yán)苛規(guī)定，電站在利用光伏式發(fā)電技術(shù)時(shí)，需合理配備濾波裝置，將此裝置規(guī)范安裝于指定區(qū)域，否則，如未配備該裝置，或者存在安裝問(wèn)題，極易引發(fā)安全問(wèn)題。如接入變電站時(shí)采用的是專線方式，有關(guān)人員在前期的工作中應(yīng)分析用戶點(diǎn)諧波水平，以滿足用戶需求作為前提配備設(shè)備、組織安裝作業(yè)。（3）如用戶對(duì)供電有嚴(yán)格的質(zhì)量與安全要求，相關(guān)人員需結(jié)合實(shí)際情況完成容量預(yù)留，確保預(yù)留容量的充足性，以減小光伏發(fā)電的波動(dòng)現(xiàn)象。

4.2 嚴(yán)把并網(wǎng)設(shè)備安全關(guān)

4.2.1 并網(wǎng)逆變器安全合格關(guān)

分布式光伏電源接入電網(wǎng)時(shí)，并網(wǎng)設(shè)備必不可少。當(dāng)前市場(chǎng)上的并網(wǎng)設(shè)備種類較多，每種設(shè)備都有其功能及性能特點(diǎn)，且這些設(shè)備都有各自的適用條件及應(yīng)用效果。分布式電源系統(tǒng)中并非全部的并網(wǎng)設(shè)備都適用，有關(guān)人員需在前期的工作中做好比選。以并網(wǎng)逆變器為例，該設(shè)備的應(yīng)用范圍較廣，為在電網(wǎng)中發(fā)揮此設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，有關(guān)人員必須根據(jù)光伏并網(wǎng)要求中的并網(wǎng)逆變器配置需求，進(jìn)入市場(chǎng)展開(kāi)實(shí)地調(diào)研，了解市場(chǎng)可用的并網(wǎng)逆變器，對(duì)比這些逆變器的價(jià)格、安全、技術(shù)參數(shù)等，擇優(yōu)采用。

4.2.2 并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)斷設(shè)備安全隔離關(guān)

并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)設(shè)備在分布式光伏電網(wǎng)接入電網(wǎng)期間，也有其他設(shè)備無(wú)法比擬的作用。針對(duì)高壓接入的分布式電源，有關(guān)人員在具體的工作中必須從專業(yè)性角度檢查并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)斷設(shè)備的性能及安裝效果，在電網(wǎng)側(cè)則需結(jié)合行業(yè)規(guī)定完成接地處理。對(duì)于低壓接入的分布式電源，有關(guān)人員需仔細(xì)檢查并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)斷設(shè)備是否有開(kāi)斷指示、低壓保護(hù)功能，在無(wú)指示且低壓保護(hù)功能達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)的情況下，需更換新設(shè)備。

4.2.3 處理孤島效應(yīng)

一旦在分布式光伏電源接入電網(wǎng)過(guò)程中存在孤島效應(yīng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全工作將極為不利。針對(duì)這一方面的安全風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)人員必須加強(qiáng)技術(shù)檢測(cè)，細(xì)化工作流程及方法。孤島效應(yīng)的發(fā)生并無(wú)明顯的規(guī)律性，為此，技術(shù)與管理人員之間需加強(qiáng)合作，共同建立分布式監(jiān)控約束機(jī)制，以在該機(jī)制下保障各項(xiàng)工作的規(guī)范性。在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)、低壓電網(wǎng)并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置專業(yè)化設(shè)備，利用這些設(shè)備實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行預(yù)警。一旦電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生了異常情況，應(yīng)立即中斷供電過(guò)程，由專有設(shè)備將采集的信息上傳到管理端，切斷分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電，由后臺(tái)人員進(jìn)行故障分析及判定。當(dāng)然，在此過(guò)程中剩余電量可儲(chǔ)存于大容量蓄電池中，一旦蓄電池飽和，發(fā)電過(guò)程終止，設(shè)備可及時(shí)了解分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)變化，在個(gè)別參數(shù)超出限值的情況下啟動(dòng)預(yù)警，最大化預(yù)防孤島效應(yīng)的負(fù)面影響。

4.3 嚴(yán)把作業(yè)安全措施關(guān)

4.3.1 把好停電驗(yàn)電狀態(tài)核對(duì)關(guān)

正式開(kāi)展相應(yīng)的工作前，應(yīng)由專人進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)檢查，分析附近是否有分布式電源、是否按照行業(yè)規(guī)定進(jìn)行了停電工作，并分析作業(yè)地點(diǎn)是否有電，弄清這些問(wèn)題后，及時(shí)制定安全工作方案。

4.3.2 把好檢修現(xiàn)場(chǎng)安全措施關(guān)

由分布式電源供電的專業(yè)設(shè)備，無(wú)論在檢修工作、安全管理還是倒閘操作過(guò)程中，都應(yīng)以帶電設(shè)備來(lái)安排。任何情況下，為提高分布式光伏電源接入電網(wǎng)的安全性，企業(yè)都需要安排專人做好檢修現(xiàn)場(chǎng)的安全工作，依據(jù)行業(yè)規(guī)定停電、驗(yàn)電和接地。

5 結(jié)語(yǔ)

分布式光伏電源接入電網(wǎng)的過(guò)程中，安全問(wèn)題較為嚴(yán)重，針對(duì)這些問(wèn)題，相關(guān)人員必須分析安全問(wèn)題的原因，制定行之有效的工作策略，并不斷創(chuàng)新技術(shù)形式與路徑，以提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性與安全性。