淺析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響和對(duì)策

1、淺析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響和對(duì)策劉南、宋濤（大連供電公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所、大連供電公司）【摘 要】闡述光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成和接網(wǎng)方式，對(duì)光伏電站接入系統(tǒng)后，從變電站建設(shè)、配電線路、繼電保護(hù)及通信、計(jì)量裝置等方面分析其對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃工作的影響，并提出對(duì)策?！娟P(guān)鍵詞】光伏發(fā)電系統(tǒng)；配電網(wǎng)規(guī)劃；影響；對(duì)策1 引言隨著國(guó)家電網(wǎng)公司關(guān)于做好分布式光伏電網(wǎng)并網(wǎng)服務(wù)工作的意見正式發(fā)布，可以預(yù)見，大量用戶使用光伏發(fā)電站，并將其接入電網(wǎng)系統(tǒng)將成為現(xiàn)實(shí)，供電企業(yè)應(yīng)充分考慮由此帶來(lái)的各種影響，并積極地做好技術(shù)、管理上的儲(chǔ)備工作。2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是指位于用戶附近，所發(fā)電能就地利用，

2、以10 千伏及以下電壓等級(jí)接入電網(wǎng)，且單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)總裝機(jī)容量不超過(guò)6 兆瓦的光伏發(fā)電項(xiàng)目。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池方陣、蓄電池、控制器、直流配電柜、逆變器和交流配電柜等設(shè)備組成（如圖1）。太陽(yáng)能電池方陣和逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本要素。其中太陽(yáng)能電池組件通過(guò)串并聯(lián)形成太陽(yáng)能電池方陣，并使電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。太陽(yáng)能通過(guò)光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電，通過(guò)直流配電箱匯集到逆變器（有蓄電池時(shí)，還經(jīng)充放電控制器同時(shí)向蓄電池組充電），將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。太陽(yáng)能電池方陣直流配電箱逆變器交流配電箱控制器蓄電池圖 1 光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成示意圖3 分布式光伏發(fā)電站系統(tǒng)接入方式大連地區(qū)目前的電壓等級(jí)有500

3、kV、220kV， 66kV、 35kV、 20kV、 10kV 和 0.4kV 。其中， 35kV 電壓等級(jí)目前只在長(zhǎng)海縣存在，屬于逐步淘汰的電壓等級(jí)，20kV 電壓等級(jí)處于發(fā)展階段，未來(lái)長(zhǎng)興島中壓配電網(wǎng)將淘汰10kV 電壓等級(jí)，統(tǒng)一采用20kV 電壓等級(jí)。光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的必要條件為：逆變器輸出的正弦波電流波形的頻率和相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相同。由于光伏電源出力具有間歇性、周期性和隨機(jī)性，同時(shí)考慮到光1伏電源采用逆變器并網(wǎng)和存在孤島效應(yīng)等因素，為避免光伏發(fā)電站大規(guī)模接入電網(wǎng)后，影響電能質(zhì)量、電量計(jì)量計(jì)費(fèi)和供電可靠性，降低光伏發(fā)電站對(duì)區(qū)域配電網(wǎng)的不利沖擊，需對(duì)不同總安裝容量的光伏電站的系

4、統(tǒng)接入方式作出明確規(guī)定，目前典型的接入方式有以下六種：（ 1）光伏發(fā)電站總安裝容量大于等于6000kW，小于 18000kW，可通過(guò) 20kV 專線接入66kV 變電站 20kV 間隔。（ 2）光伏發(fā)電站總安裝容量大于等于1000kW，小于 12000kW，可通過(guò) 20kV 專線接入66kV 變電站或開關(guān)站20kV 間隔。（ 3）光伏發(fā)電站總安裝容量大于等于1000kW，小于 6000kW，可通過(guò)10kV 專線接入66kV 變電站或開關(guān)站10kV 間隔。（ 4）光伏發(fā)電站總安裝容量大于200kW，小于 2000kW，可 T 接入 20kV 架空主干線路或接入 20kV 主干線路環(huán)網(wǎng)柜間隔；光伏

5、發(fā)電站總安裝容量大于200kW，小于 1200kW時(shí)，還可接入用戶高壓配電室間隔。（ 5）光伏發(fā)電站總安裝容量大于200kW，小于 1000kW，可 T 接入 10kV 架空主干線路或接入 20kV 主干線路環(huán)網(wǎng)柜間隔；光伏發(fā)電站總安裝容量大于200kW，小于 600kW時(shí)，還可接入用戶高壓配電室間隔。(6) 光伏發(fā)電站總安裝容量大于等于50kW，小于 200kW，可通過(guò) 0.4kV 低壓線路接入0.4kV 公用電網(wǎng)低壓間隔或0.4kV 用戶低壓間隔。4 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)規(guī)劃的影響和對(duì)策光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電系統(tǒng)后， 配電系統(tǒng)將由原來(lái)單一電能分配的角色轉(zhuǎn)變?yōu)榧娔苁占㈦娔軅鬏敽碗娔芊?/p>

6、配于一體的新型電能交換系統(tǒng)。角色的變換必然帶來(lái)功能、設(shè)備、使用和控制上一系列的變化和調(diào)整，其對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃，特別是配電網(wǎng)規(guī)劃將產(chǎn)生深刻而長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。以下，從變電站建設(shè)規(guī)劃、配電線路規(guī)劃、繼電保護(hù)及通信規(guī)劃和計(jì)量規(guī)劃等方面具體論述如下：4.1 變電站建設(shè)規(guī)劃容載比是配電網(wǎng)規(guī)劃的重要宏觀性指標(biāo)，配電網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)保證合理的容載比，容載比一般可采用如下公式估算：式中：容載比（MVA/MW）；該電壓等級(jí)全網(wǎng)或供電區(qū)的年最大負(fù)荷；該電壓等級(jí)全網(wǎng)或供電區(qū)內(nèi)變電站主變?nèi)萘恐汀?根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則要求，一個(gè)電力規(guī)劃區(qū)域的容載比總體應(yīng)控制在 1.8-2.2 范圍之間。也即年最大負(fù)荷增長(zhǎng)的情況下，變電站主

7、變?nèi)萘恐鸵残柘鄳?yīng)增長(zhǎng)，才能保持供需平衡，滿足供電可靠性要求。變電站主變?nèi)萘吭鲩L(zhǎng)的方式通常有兩種： 1、新建變電站； 2、變電站主變?cè)鋈?。光伏發(fā)電系統(tǒng)大量接入配電系統(tǒng)后，配電系統(tǒng)網(wǎng)供負(fù)荷將會(huì)明顯減少，直接導(dǎo)致供電區(qū)年最大負(fù)荷低于預(yù)期值，在容載比有固定要求的情況下，變電站主變?nèi)萘吭鲩L(zhǎng)將得到限制，部分變電站新建工程或增容工程將不能按原規(guī)劃要求按期開展。雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)會(huì)減少電網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)供電的依賴，但是，由于光伏電站輸出功率的不連續(xù)和不穩(wěn)定性，為保證電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性，電網(wǎng)發(fā)電容量中光伏發(fā)電的比例不宜超過(guò) 10% 15%。具體而言，光伏電站接入公用電網(wǎng)的總安裝容量應(yīng)控制在上級(jí)變電站最小變壓器額定容量

8、的 10%-15%，這是對(duì)光伏電站和對(duì)應(yīng)上級(jí)變電站規(guī)劃安排和項(xiàng)目評(píng)審時(shí)應(yīng)特別注意的事項(xiàng)，容載比合理區(qū)間的設(shè)置也應(yīng)考慮到這方面的影響，做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。4.2配電線路規(guī)劃目前配電網(wǎng)的接線模式主要有架空線路雙回環(huán)網(wǎng)接線和多分段接線，電纜線路單側(cè)電源雙射接線、雙側(cè)電源單環(huán)接線、雙側(cè)電源雙環(huán)接線和雙側(cè)電源雙射接線，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后，配電線路將從原有的單側(cè)、雙側(cè)電源變?yōu)殡p側(cè)電源和多側(cè)電源，原有的運(yùn)行方式、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)均發(fā)生變化，在建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的要求下，如何合理地調(diào)整、優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)電能質(zhì)量的監(jiān)控，調(diào)整配電系統(tǒng)故障時(shí)處理方案是規(guī)劃中必須考慮的問(wèn)題。根據(jù)電網(wǎng)管理要求，光伏電站與配電系統(tǒng)的并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置易于操作

9、、可閉鎖且具有明顯斷開點(diǎn)的并網(wǎng)總斷路器，以保證電網(wǎng)設(shè)備和人身安全。并網(wǎng)點(diǎn)必須有且只能有一個(gè)，在光伏電站采用多個(gè)逆變器或升壓變壓器的情況下，可采用母線進(jìn)行匯接電流。在復(fù)雜電網(wǎng)中，應(yīng)根據(jù)光伏電站出力和負(fù)荷情況，對(duì)光伏電站的供電范圍做出明確規(guī)定，通過(guò)保護(hù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)變電站供電和光伏電站供電互為備用，避免逆潮流發(fā)生。光伏發(fā)電系統(tǒng)在合理設(shè)置的前提下，能夠做到提高線路的利用效率、電壓質(zhì)量和供電可靠性，同時(shí)節(jié)省電網(wǎng)投資。例如單電源長(zhǎng)架空線路，按規(guī)劃要求，當(dāng) 10kV 架空線路過(guò)長(zhǎng)，電壓質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，可在線路適當(dāng)位置加裝線路調(diào)壓器。這種方法只能解決由于線路電阻過(guò)高導(dǎo)致供電電壓下降的問(wèn)題，如果線路所帶負(fù)荷過(guò)

10、高導(dǎo)致電壓下降，只能通過(guò)新設(shè)變電站，增加聯(lián)網(wǎng)線路，重新分割負(fù)荷，縮短供電半徑的方法來(lái)解決。無(wú)論是第一種方法，還是第二種方法，均需大量的投資。如果線路末端用戶建設(shè)光伏電站，則可以不需供電公司額外投資的情況下，解決此問(wèn)題，同時(shí)將線路由單電源供電轉(zhuǎn)變?yōu)殡p電源供電，在一定程度上提高了供電可靠性，這一點(diǎn)，對(duì)農(nóng)網(wǎng)地區(qū)配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整尤為有利。3圖 2接入光伏電源的配網(wǎng)線路4.3繼電保護(hù)及通信規(guī)劃光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后，電網(wǎng)潮流方向、運(yùn)行方式發(fā)生改變，因此，必須重新調(diào)整原有的保護(hù)裝置，以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。正常情況下，供電線路的電網(wǎng)側(cè)、系統(tǒng)變電站及用戶內(nèi)部電網(wǎng)均應(yīng)設(shè)置保護(hù)。電網(wǎng)調(diào)度做為光伏電站的運(yùn)行管理部門，

11、必須與光伏電站建立通信通道，以實(shí)時(shí)掌握光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)光伏電站接入和退出電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。光伏電站接入公用電網(wǎng)的供電線路在電網(wǎng)側(cè)應(yīng)配置一套線路保護(hù)。10kV 并網(wǎng)線路一般配置方向過(guò)流保護(hù)（方向元件可投退），考慮到電網(wǎng)穩(wěn)定要求，還需配置全線路速動(dòng)保護(hù)。光伏電站采用 T 接方式接入配電線路時(shí)，電網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)應(yīng)具備重合閘功能，重合閘應(yīng)具備檢測(cè)線路無(wú)壓功能。接入光伏電站的系統(tǒng)變電站應(yīng)設(shè)置間隙零序電流保護(hù)和零序電壓保護(hù)。當(dāng)并網(wǎng)光伏電站接入企業(yè)（用戶）內(nèi)部電網(wǎng)，且為不可逆并網(wǎng)方式時(shí)，應(yīng)配置逆功率保護(hù)。光伏電站并網(wǎng)總斷路器應(yīng)配置速斷、過(guò)流保護(hù)，如距離及過(guò)流保護(hù)、帶方向的過(guò)流保護(hù)以及光纖差動(dòng)保護(hù)。同時(shí)

12、，光伏電站必須具備快速監(jiān)測(cè)孤島并立即斷開與電網(wǎng)連接的能力。并網(wǎng)斷路器應(yīng)對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般應(yīng)具有低周、低壓及高周、高壓解列功能。光伏電站必須與電網(wǎng)調(diào)度建立通信通道。電網(wǎng)調(diào)度做為光伏電站的運(yùn)行管理部門，必須對(duì)光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)掌握和控制，以保證電網(wǎng)運(yùn)行安全。并網(wǎng)光伏電站的監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)能實(shí)時(shí)采集并傳輸并網(wǎng)點(diǎn)的有功功率、無(wú)功功率、有功電量、功率因數(shù)、電壓、電流及變壓器分接頭檔位、斷路器和隔離刀閘位置信息。采用10kV 線路并網(wǎng)的光伏電站應(yīng)能接收電網(wǎng)遠(yuǎn)方調(diào)度控制指令，按調(diào)度要求接入或退出電網(wǎng)系統(tǒng)。4.4計(jì)量裝置規(guī)劃計(jì)量裝置做為光伏電站與供電公司貿(mào)易結(jié)算的依據(jù)，應(yīng)安裝在用戶與公用電網(wǎng)的產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)處

13、，計(jì)量裝置應(yīng)具備雙向計(jì)量功能，具備雙向有功和四象限無(wú)功計(jì)量功能，并配有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，具備本地通信和通過(guò)電能信息采集終端遠(yuǎn)程通信的功能。隨著智能電表的普及，可在計(jì)量裝置上實(shí)現(xiàn)更多的功能，例如，在用戶輸入、輸出功率不大的情況下，可利用智能電表實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)斷路器及保護(hù)、通信功能，調(diào)度直接接收智能電表傳送的光伏電站4運(yùn)行參數(shù)并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。電能計(jì)量裝置的配置和技術(shù)要求應(yīng)符合DL/T 448 電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程和DL/T 5202 電能計(jì)量裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程。5 結(jié)論光伏發(fā)電系統(tǒng)將在未來(lái)的配電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用，它的大量應(yīng)用，將會(huì)給配網(wǎng)的規(guī)劃和管理帶來(lái)許多挑戰(zhàn)，通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)特性的研究，配電網(wǎng)規(guī)劃必須從電網(wǎng)建設(shè)、配網(wǎng)技術(shù)原則、繼電保護(hù)和通信及計(jì)量裝置等方面做好技術(shù)和管理上的儲(chǔ)備，調(diào)整電網(wǎng)技術(shù)原則和標(biāo)準(zhǔn)，為光伏發(fā)電系統(tǒng)在配電網(wǎng)中安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行提供保障。參考文獻(xiàn)：1. 華北電力大學(xué) 白熊，杭州市電力局 王俊海 高振宇 周昱勇，光伏電站接入