分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)方案

郭翠翠

（山東省環(huán)能設(shè)計(jì)院股份有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

0 引 言

在光伏發(fā)電中，并網(wǎng)運(yùn)行方式具有顯著的安全保障功能。為確保光伏設(shè)備在并網(wǎng)發(fā)電中的穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)運(yùn)行設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理優(yōu)化和完善。根據(jù)實(shí)際需求和電網(wǎng)條件，選擇適合的光伏設(shè)備型號(hào)和配置。建立完善的監(jiān)控與控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)電量、電網(wǎng)參數(shù)等，及時(shí)預(yù)警和處置異常情況。此外，針對(duì)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要綜合考慮多個(gè)方面。從發(fā)電線路的選擇到斷路器的布置，通過(guò)綜合設(shè)計(jì)策略，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)的高效、安全以及可持續(xù)發(fā)展。

1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

分布式的光伏發(fā)電并網(wǎng)架構(gòu)主要應(yīng)當(dāng)包含光伏組件、逆變器、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、雙向電表、匯流箱、直流電以及交流電的傳輸線路等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮實(shí)際情況和系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性等因素，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行與效益的最大化。在設(shè)計(jì)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，需要合理地接入并網(wǎng)電源設(shè)備，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷功率。結(jié)合實(shí)際情況，可以選擇合適的并網(wǎng)接入方案。

根據(jù)監(jiān)測(cè)到的負(fù)荷功率變化，可以通過(guò)調(diào)整逆變器的運(yùn)行參數(shù)來(lái)靈活調(diào)節(jié)系統(tǒng)的負(fù)荷功率，維持電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，確保并網(wǎng)電源設(shè)備在異常情況下能夠快速地與電網(wǎng)解列，防止對(duì)電網(wǎng)造成影響。再根據(jù)實(shí)際情況，選擇箱變低壓母線、配電室的并網(wǎng)接入設(shè)備形式[1]。工程技術(shù)人員需要采用體系化的設(shè)計(jì)思路，優(yōu)化光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電方陣結(jié)構(gòu)。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的體系架構(gòu)

為優(yōu)化分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)方案，需要重點(diǎn)保障光伏發(fā)電組件的安全運(yùn)行。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命造成影響，因此需要設(shè)計(jì)出完善的建模方案，以應(yīng)對(duì)各種特殊情況。首先，運(yùn)用模型分析方法直觀檢測(cè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)，從而更好地理解系統(tǒng)的性能和行為。其次，應(yīng)當(dāng)配備減震系統(tǒng)，確保關(guān)鍵連接組件能夠更好地發(fā)揮作用，避免瞬時(shí)損壞的強(qiáng)烈振動(dòng)對(duì)并網(wǎng)發(fā)電裝置造成影響。再次，建立分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的立體模型，有助于提高并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的使用效能。最后，結(jié)合發(fā)電工程所在區(qū)域的風(fēng)力因素、風(fēng)向因素以及自然光照條件等，合理劃分光伏發(fā)電的方陣系統(tǒng)，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率[2]。

2 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)的技術(shù)方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 專用線路的接入形式選擇

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)采用專用的接入線路，主要通過(guò)10 kV 或220 kV 的線路與電網(wǎng)相連。針對(duì)并網(wǎng)系統(tǒng)中的專用變壓器，應(yīng)科學(xué)地選擇設(shè)備型號(hào)。若分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的電流速斷保護(hù)不夠靈敏，須視情況增設(shè)縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，以確保電網(wǎng)的正常運(yùn)行。對(duì)于過(guò)電流的并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)備，其保護(hù)模式應(yīng)采用特殊的低電壓閉鎖系統(tǒng)，以確保電源分布式結(jié)構(gòu)能全面滿足電網(wǎng)設(shè)備的安全閉鎖、快捷操作以及接地保護(hù)性能。

此外，針對(duì)具備高溫跳閘和低溫報(bào)警功能的系統(tǒng)變壓器，應(yīng)進(jìn)一步提升電網(wǎng)接入的普及度，為并網(wǎng)系統(tǒng)的過(guò)負(fù)荷安全保障功能提供有力支撐。對(duì)于并網(wǎng)發(fā)電的終端設(shè)備系統(tǒng)用戶，應(yīng)確保其具備更高可靠性的并網(wǎng)安全發(fā)電效果。專用線路網(wǎng)絡(luò)的斷路器設(shè)備應(yīng)配備相間短路安全保障功能，從源頭上杜絕并網(wǎng)安全運(yùn)行故障[3]。

2.2 發(fā)電線路的接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)

并網(wǎng)發(fā)電線路系統(tǒng)如圖2 所示，其工作原理是將多個(gè)發(fā)電機(jī)組通過(guò)并網(wǎng)裝置連接于一個(gè)公共的電力網(wǎng)絡(luò)。關(guān)于多種結(jié)構(gòu)形式的并網(wǎng)發(fā)電線路，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇接入現(xiàn)有的光伏電網(wǎng)。在進(jìn)行接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須深入了解發(fā)電線路的特點(diǎn)與要求，結(jié)合地區(qū)差異和實(shí)際需求進(jìn)行綜合評(píng)估，充分考慮環(huán)境因素、設(shè)備性能、運(yùn)行條件等多個(gè)方面，結(jié)合電力電子技術(shù)、控制理論以及通信技術(shù)等先進(jìn)科技手段，實(shí)現(xiàn)發(fā)電線路的優(yōu)化配置與高效管理。此外，設(shè)計(jì)過(guò)程中需注重節(jié)能減排和綠色發(fā)展。通過(guò)優(yōu)化發(fā)電線路的布局、提高設(shè)備能效、采用清潔能源等方式，降低對(duì)環(huán)境的影響，推動(dòng)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，有助于提高發(fā)電線路系統(tǒng)的安全使用效益。

圖2 并網(wǎng)發(fā)電線路系統(tǒng)

近年來(lái)，設(shè)計(jì)院人員正在深入研究具有靈活閉鎖功能的新型變壓器。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)功能創(chuàng)新與改造后，新型變壓器能夠?qū)崿F(xiàn)更加平穩(wěn)可靠的光伏并網(wǎng)發(fā)電效益，同時(shí)降低光伏發(fā)電的使用成本。因此，采取靈活的發(fā)電線路并網(wǎng)接入形式，有助于光伏發(fā)電的系統(tǒng)組件發(fā)揮更好的安全使用功能[4]。

2.3 合理布置系統(tǒng)斷路器

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在布置系統(tǒng)方面有更多類型的設(shè)備選擇。在光伏發(fā)電并網(wǎng)設(shè)備系統(tǒng)中，斷路器的作用舉足輕重，為光伏并網(wǎng)發(fā)電提供良好的保障。然而，目前光伏發(fā)電系統(tǒng)的斷路器主要集中在傳統(tǒng)的斷電安全保護(hù)上，這顯然已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代光伏并網(wǎng)發(fā)電的安全需求。因此，需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)常規(guī)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行擴(kuò)展和創(chuàng)新。

在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，熔斷器、微型斷路器以及隔離開(kāi)關(guān)等設(shè)備必不可少。通過(guò)合理選用這些斷路器設(shè)備，可以為光伏并網(wǎng)發(fā)電提供更加可靠和穩(wěn)定的保障。同時(shí)，為提高并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的開(kāi)斷保護(hù)能力，需要引入智能化的并網(wǎng)發(fā)電安全控制技術(shù)，這樣才能確保電網(wǎng)設(shè)備的負(fù)荷端和系統(tǒng)電源端能夠?qū)崿F(xiàn)更加穩(wěn)定和可靠的協(xié)同運(yùn)行。此外，可以采用客觀的計(jì)算方法，準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)短路的瞬時(shí)電流強(qiáng)度，從而為光伏并網(wǎng)發(fā)電的安全運(yùn)行提供有力支持。

3 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)方案的運(yùn)行管理措施

3.1 防孤島保護(hù)的功能完善

隨著科技的發(fā)展，防孤島的安全保護(hù)系統(tǒng)日益完善，其強(qiáng)大的功能為光伏發(fā)電配置設(shè)計(jì)提供全面的支持。該系統(tǒng)的核心在于預(yù)防并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的孤島現(xiàn)象，通過(guò)智能化和自動(dòng)化的數(shù)據(jù)傳輸方案，從根本上消除光伏并網(wǎng)中的設(shè)備運(yùn)行孤島。這不僅提高系統(tǒng)的效率，還為電網(wǎng)的整體安全運(yùn)行提供有力保障[5]。

此外，采用自動(dòng)化的防孤島保護(hù)裝置能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地排查并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電的孤島問(wèn)題，迅速斷開(kāi)孤島設(shè)備，有效避免設(shè)備損壞和電網(wǎng)事故。為保證光伏系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，合理采用低電壓保護(hù)裝置進(jìn)行緊急控制至關(guān)重要。它能全面監(jiān)測(cè)異常系統(tǒng)的運(yùn)行電壓，確保系統(tǒng)安全。同時(shí)，對(duì)于發(fā)電量的智能統(tǒng)計(jì)設(shè)備，需要進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)和選用。這不僅為系統(tǒng)電價(jià)補(bǔ)償提供支撐，還有助于實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的精細(xì)化管理，進(jìn)一步提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

3.2 適當(dāng)增加縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)以及系統(tǒng)過(guò)流保護(hù)

在光伏發(fā)電的當(dāng)前結(jié)構(gòu)中，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)已成為確保發(fā)電安全的重要手段，被廣泛采納和應(yīng)用。這種保護(hù)技術(shù)主要用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)及時(shí)地檢測(cè)出并網(wǎng)線路中的異常情況。通過(guò)全過(guò)程的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，可以顯著提高并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備可靠性。

過(guò)流保護(hù)是另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。它的核心在于準(zhǔn)確檢測(cè)并網(wǎng)發(fā)電中的瞬時(shí)大電流部位，并采用相應(yīng)的系統(tǒng)安全保障技術(shù)方案。因此，應(yīng)更廣泛地采用電源設(shè)備系統(tǒng)安全改造技術(shù)，充分發(fā)揮并網(wǎng)光伏電源的多層面安全保障功能。在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)電能裝置則負(fù)責(zé)全面測(cè)定并網(wǎng)光伏設(shè)備的電壓和電流參數(shù)，有助于值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)三相不平衡的系統(tǒng)電流異常，并對(duì)諧波干擾進(jìn)行必要的排查[6]。

3.3 自動(dòng)檢測(cè)裝置運(yùn)用于并網(wǎng)安全管理

自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備在操作上具有顯著的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于光伏并網(wǎng)發(fā)電的全面檢測(cè)。它能夠測(cè)試系統(tǒng)頻率、電源電壓、功率因數(shù)以及系統(tǒng)諧波的影響。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)中，自動(dòng)化的并網(wǎng)運(yùn)行安全檢測(cè)設(shè)備占據(jù)著核心地位。同時(shí)，光伏發(fā)電作為清潔能源產(chǎn)業(yè)，既能為發(fā)電能源模式的創(chuàng)新提供有力支持，又能為傳統(tǒng)發(fā)電能源的節(jié)約控制做出貢獻(xiàn)。因此，當(dāng)前技術(shù)研究人員致力于探索光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)碳中和的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工程建設(shè)目標(biāo)。

為確保光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)方案的合理性，需要合理界定高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，以避免可能的損壞。此外，這種智能化裝置可以用于檢測(cè)外力破壞因素。在實(shí)踐中，工程技術(shù)人員應(yīng)采取正確的技術(shù)方法來(lái)預(yù)防外部因素的侵蝕，合理劃分安全隱患區(qū)域，從而提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的綜合效益。

在構(gòu)建光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)時(shí)，區(qū)分方陣的方法主要體現(xiàn)在建立立體化的方陣組件模型。通過(guò)實(shí)施精確的建模方案，可以確保劃分后的陣列模塊能夠發(fā)揮其應(yīng)有的效能。在運(yùn)維保養(yǎng)工作中，應(yīng)集中檢測(cè)高侵蝕強(qiáng)度區(qū)域的發(fā)電組件損壞程度，并采取有效的技術(shù)解決方案進(jìn)行彌補(bǔ)。大型光伏發(fā)電陣列通常由多個(gè)方陣組成，因此應(yīng)區(qū)分相應(yīng)的方陣模塊結(jié)構(gòu)，以達(dá)到最佳的預(yù)期發(fā)電效果[7]。

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)分析可見(jiàn)，并網(wǎng)發(fā)電的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案目前廣泛應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)，客觀上促使光伏發(fā)電組件系統(tǒng)運(yùn)行更加安全可靠。在目前的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行使用的模式下，全面進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)形式優(yōu)化創(chuàng)新主要應(yīng)當(dāng)側(cè)重于并網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)可靠性能提高，采取自動(dòng)化的智能檢測(cè)裝置來(lái)獲得更加精準(zhǔn)的發(fā)電運(yùn)行數(shù)據(jù)。應(yīng)當(dāng)視情況在并網(wǎng)發(fā)電的光伏系統(tǒng)中采用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)或者過(guò)流保護(hù)等防護(hù)技術(shù)手段，重點(diǎn)開(kāi)展異常系統(tǒng)頻率與電壓的緊急監(jiān)測(cè)保護(hù)。