整縣分布式光伏接入對(duì)電網(wǎng)的影響分析

整縣分布式光伏接入對(duì)電網(wǎng)的影響分析【摘要】隨著“碳中和，碳達(dá)峰”的國(guó)家戰(zhàn)略的提出，國(guó)家在大力發(fā)展非化石能源，各省逐漸布局光伏能源的發(fā)展，逐漸推薦整縣的分布式光伏接入。大規(guī)模分布式光伏的接入對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行，繼電保護(hù)、電網(wǎng)網(wǎng)架及電能質(zhì)量幾個(gè)方面都產(chǎn)生新的影響?！娟P(guān)鍵詞】分布式光伏；繼電保護(hù)；電壓質(zhì)量；配電網(wǎng)隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，我國(guó)在逐步減少對(duì)化石能源的依賴，以水電、風(fēng)電、光伏為代表的清潔能源在在電源裝機(jī)占比中快速上升。分布式光伏（photovltaic，PV）安裝方便、可利用建筑屋頂土地占用率低、消納方便和污染小等優(yōu)點(diǎn)，分布式光伏在我國(guó)被開始大力推廣，尤其是在“雙碳”目標(biāo)下，整縣光伏和城市樓宇等分布式光伏項(xiàng)目進(jìn)展迅速。本文根據(jù)國(guó)內(nèi)光伏并網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)研究成果，分析大規(guī)模分布式光伏接入情況下對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，主要集中在電網(wǎng)運(yùn)行、繼電保護(hù)、電網(wǎng)網(wǎng)架及電能質(zhì)量幾個(gè)方面的分析與解決措施。一、大規(guī)模分布式光伏接入對(duì)電網(wǎng)的影響分析窗體頂端1.對(duì)低壓配網(wǎng)影響分析

當(dāng)大規(guī)模分布式光伏并網(wǎng)時(shí)，實(shí)時(shí)發(fā)電功率的不斷變化可能帶來(lái)各級(jí)主配網(wǎng)設(shè)備潮流在正反向中不斷逆轉(zhuǎn)。分布式光伏以配網(wǎng)側(cè)接入為主，但目前380V側(cè)并網(wǎng)的分布式光伏實(shí)時(shí)發(fā)電數(shù)據(jù)未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，在未來(lái)整縣（區(qū)）光伏接入情況下，該問題將更為普遍且監(jiān)控難度進(jìn)一步加大，由此帶來(lái)的電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)更加突出，可能導(dǎo)致設(shè)備、斷面不可預(yù)知的過(guò)載，甚至影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。2.對(duì)繼電保護(hù)的影響分布式光伏并網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向流動(dòng)的特性。故障時(shí)，并網(wǎng)的分布式光伏同大電網(wǎng)一起向故障點(diǎn)提供短路電流。為適應(yīng)分布式光伏規(guī)模化并網(wǎng)需求，一般不宜采用配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)快速脫離配電網(wǎng)以保證原有配電網(wǎng)的保護(hù)正確動(dòng)作的方式，而應(yīng)按照《GB50797光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》，用于大、中型光伏發(fā)電站（以1MWp、30MWp為界分為小型、中型、大型光伏發(fā)電系統(tǒng)）的逆變器應(yīng)具有低電壓穿越功能，如圖1所示。圖1光伏發(fā)電站的低電壓穿越能力要求基于上述規(guī)范，分布式光伏并網(wǎng)接入對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響主要包括：2.1零序電流保護(hù)的影響廣東配電網(wǎng)一般配置變電站饋線保護(hù)和用戶分界斷路器保護(hù)共2級(jí)保護(hù)，具備階段式過(guò)電流保護(hù)、零序電流保護(hù)和重合閘功能。由于分布式光伏電源中性點(diǎn)不接地，未改變廣東配電網(wǎng)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地特性，故零序電流保護(hù)不受影響。南網(wǎng)部分20kV配電網(wǎng)保護(hù)還具備光纖電流差動(dòng)保護(hù)功能，分布式光伏電源并網(wǎng)會(huì)提高光纖電流差動(dòng)保護(hù)的靈敏度，改善保護(hù)性能。2.1過(guò)流電流保護(hù)的影響配電網(wǎng)饋線過(guò)電流保護(hù)為不帶方向的純過(guò)流保護(hù)，如圖2所示，保護(hù)2所在饋線發(fā)生故障時(shí)，若分布式光伏電源提供的短路電流超過(guò)保護(hù)1的電流定值，則會(huì)造成保護(hù)1誤動(dòng)。此外，保護(hù)1所在線路發(fā)生故障時(shí)，分布式光伏的存在會(huì)抬高故障點(diǎn)殘壓水平，導(dǎo)致大電網(wǎng)提供給保護(hù)1的短路電流減少，可能造成保護(hù)1本應(yīng)跳閘而因短路電流達(dá)不到電流定值而拒動(dòng)。圖2分布式光伏電源并網(wǎng)時(shí)其他線路故障時(shí)短路電流分布3.對(duì)配電主站集中式自愈故障點(diǎn)定位的影響目前，主站集中式自愈依賴于安裝于配電線路上的配電自動(dòng)化終端來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的故障點(diǎn)定位。主站判別故障點(diǎn)的原則是故障點(diǎn)上游的配電自動(dòng)化終端有故障指示，故障點(diǎn)下游的配電自動(dòng)化終端無(wú)故障指示。同分布式光伏電源造成配電網(wǎng)饋線保護(hù)誤動(dòng)的原因一樣，分布式光伏電源也會(huì)造成配電自動(dòng)化終端誤指示。若圖2中保護(hù)1和分布式光伏電源間的線路發(fā)生故障，則二者之間的配電自動(dòng)化終端均會(huì)向配電自動(dòng)化主站上送故障指示，配電自動(dòng)化主站根據(jù)指示會(huì)判斷故障點(diǎn)發(fā)在在線路最末一個(gè)配電自動(dòng)化終端與分布式光伏電源之間，而實(shí)際故障點(diǎn)并不在該區(qū)間內(nèi)。4.對(duì)上級(jí)110kV變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作的影響當(dāng)110kV變壓器10kV側(cè)并網(wǎng)分布式光伏電源容量較大時(shí)，可能導(dǎo)致110kV變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。110kV變壓器非直接接地方式，110kV變壓器10kV側(cè)接有分布式光伏電源時(shí)，當(dāng)為其供電的110kV線路出線不對(duì)稱接地故障，而110kV線路電源側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳開系統(tǒng)側(cè)斷路器，剩下的小電源、110kV變壓器、110kV故障線路構(gòu)成局部不接地系統(tǒng)，該變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)電壓，導(dǎo)致110kV變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作，從而使該變壓器所供的全部負(fù)荷損失，擴(kuò)大事故影響范圍。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究成果，當(dāng)110kV變壓器10kV側(cè)并網(wǎng)的分布式光伏電源總發(fā)電功率大于1.04倍同一時(shí)刻的該110kV變壓器所供的負(fù)荷功率時(shí)，存在110kV變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。而廣東電網(wǎng)珠三角地區(qū)負(fù)荷較重，出現(xiàn)此風(fēng)險(xiǎn)概率較低，而粵東西北水電裝機(jī)較大，負(fù)荷較輕，出現(xiàn)此風(fēng)險(xiǎn)概率較高。對(duì)電壓質(zhì)量影響正常情況下電網(wǎng)諧波應(yīng)滿足《GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》、《GB/T15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》、《GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡度》、《GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》、《GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》、《GB/T24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》等運(yùn)行規(guī)程要求。接入光伏后，由于光伏變流器中廣泛使用電力電子器件，容易造成諧波污染。一方面影響附近廠區(qū)敏感負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)用電，另一方面影響電網(wǎng)與電站安全可靠運(yùn)行，降低系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，高次諧波也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過(guò)熱、絕緣破壞、逆變器脫網(wǎng)、運(yùn)行故障等問題。根據(jù)廣州供電局電力試驗(yàn)研究院目前已完成的3個(gè)分布式光伏項(xiàng)目并網(wǎng)性能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)均存在電能質(zhì)量不合格問題。圖3電能質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不合格典型案例二、解決措施針對(duì)以上的主要影響分析，為保障分布式光伏的并網(wǎng)消息，建議從技術(shù)、管理兩個(gè)角度采取措施。1.技術(shù)手段1）依據(jù)饋線保護(hù)過(guò)電流定值、分布式光伏電源容量等參數(shù)，核算并評(píng)估分布式光伏是否會(huì)造成饋線過(guò)電流保護(hù)誤動(dòng)作，若是，將配電網(wǎng)饋線過(guò)電流保護(hù)設(shè)置為帶方向。2）短期內(nèi)配電自動(dòng)化主站增加聯(lián)切分布式光伏電源并網(wǎng)斷路器功能，遠(yuǎn)期內(nèi)完善配電自動(dòng)化主站處理分布式電源并網(wǎng)線路邏輯，利用配電自動(dòng)化終端上送的方向情況來(lái)完成故障點(diǎn)定位、隔離和負(fù)荷恢復(fù)，從而避免分布式光伏電源造成配電主站集中式自愈定位故障點(diǎn)錯(cuò)誤的問題。2.管理手段1）實(shí)現(xiàn)對(duì)380V側(cè)光伏發(fā)電電量、功率的分層、分級(jí)監(jiān)視和控制。2）做好變電站饋線負(fù)荷功率與所供區(qū)域內(nèi)分布式光伏電源發(fā)電功率的監(jiān)測(cè)。3）規(guī)范380V側(cè)光伏并網(wǎng)接入容量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避免超大容量光伏從380V側(cè)接入。4）光伏投資商申請(qǐng)光伏項(xiàng)目并網(wǎng)接入時(shí)，對(duì)經(jīng)評(píng)估可能存在過(guò)電壓、無(wú)功不足問題的項(xiàng)目，建議光伏投資商試點(diǎn)配置分布式光伏安全擴(kuò)容裝置、分布式電源無(wú)功補(bǔ)償控制器等裝置。5）光伏投資商申請(qǐng)光伏項(xiàng)目并網(wǎng)接入時(shí)，敦促其發(fā)函聲明愿意承擔(dān)因光伏項(xiàng)目接入電網(wǎng)可能導(dǎo)致的用戶側(cè)（如廠區(qū)、公共機(jī)構(gòu)等）諧波污染、過(guò)電壓等電能質(zhì)量和供電可靠性問題的風(fēng)險(xiǎn)，與電網(wǎng)公司無(wú)關(guān)；若由此產(chǎn)生治理費(fèi)用按照“誰(shuí)產(chǎn)生、誰(shuí)治理”原則由光伏投資商承擔(dān)。6）推動(dòng)光伏投資商按照《Q/CSG

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分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》、《Q/CSG

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分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，開展電能質(zhì)量檢測(cè)、并網(wǎng)運(yùn)行適應(yīng)性檢測(cè)等工作，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]馬馳章遠(yuǎn)董．我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)分析和發(fā)展建議［Ｊ］經(jīng)營(yíng)與管理，2012（7）[2]許曉艷，黃越輝，劉純，等．分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限的解決