安科瑞 宣依依

摘 要：隨著新能源的大規(guī)模推廣,，分布式光伏在配電網(wǎng)中的占比持續(xù)攀升,。作為電力供應(yīng)的末端環(huán)節(jié)，配電網(wǎng)在接入高比例光伏電源時,，由于光伏發(fā)電具有分散性,、波動性和間歇性等特點，易引發(fā)電壓超標,、潮流逆向傳輸?shù)冗\行風(fēng)險,。分布式光伏在降低化石能源消費、促進節(jié)能減排的同時,，也對配電網(wǎng)的安全運行提出了新的挑戰(zhàn),。在配電網(wǎng)運行中，各節(jié)點的實時負荷與分布式電源出力共同決定了系統(tǒng)的運行狀態(tài),。因此,，在進行分布式光伏規(guī)劃時，需要對該區(qū)域的負荷特性和光伏出力特性進行準確預(yù)測，并對光伏接入可能帶來的電壓風(fēng)險進行科學(xué)評估,，從而制定出選址布局和容量配置方案,。

關(guān)鍵詞：新能源；分布式光伏,；電壓風(fēng)險

1. 概述

湖北荊門晨旭智能屋頂光伏發(fā)電項目（以下簡稱“本項目”）是響應(yīng)國家“優(yōu)化能源結(jié)構(gòu),，提供更加清潔、可靠的能源”的號召,，投資建設(shè)的分布式光伏發(fā)電應(yīng)用示范項目,。

本項目位于湖北荊門，利用現(xiàn)有廠房屋頂建設(shè)分布式光伏發(fā)電項目,，總建設(shè)規(guī)模約為8080kW,。通過用戶配電站接入公共電網(wǎng)，屬于荊門市供電公司管理范圍,。

本文聚焦于光伏電站接入系統(tǒng)的方案論證,，深入探討與之相關(guān)的繼電保護、安全自動裝置,、通信及調(diào)度自動化技術(shù)方案并且制定對電壓波動風(fēng)險的額技術(shù)措施,。

項目現(xiàn)場

2. 現(xiàn)有電網(wǎng)情況

本項目涉及的公用變電站和線路為220kV變電站和用戶自建專線，在既有的10kV用戶變電站內(nèi),，近期新增了7臺10kV配電變壓器,，其額定容量依次為2000kVA、1600kVA,、250kVA,、2000kVA、630kVA,、1250kVA和1000kVA,。光伏發(fā)電單元所輸出的直流電能，經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后,，通過上述新增變壓器升壓至10kV電壓等級,，并借助10kV電纜以T接方式并入220kV變電站的相應(yīng)線路。截至目前,，該變電站已接入及處于接入過程中的分布式電源總?cè)萘繛?27.1MW,，而該變電站剩余的可接入容量為52.71MW，因此本期分布式電源的接入需求可得到充分滿足,。

現(xiàn)有供電示意圖如下：

用戶配電站現(xiàn)供電示意

3. 技術(shù)方案

本項目通過2個并網(wǎng)點上網(wǎng),，2個并網(wǎng)點的裝機容量分別為5.99MW、2.535MW（交流側(cè)）由7個光伏發(fā)電單元構(gòu)成,。該項目運營模式為全額上網(wǎng),。利用廠房屋頂建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備光伏組件、逆變器,、變壓器等采用國內(nèi)zhi名產(chǎn)品,。本項目光伏發(fā)電系統(tǒng)所輸出的直流電經(jīng)組串式逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后，就地升壓至10KV,，經(jīng)開關(guān)柜通過1回出線接入至廠區(qū)10KV進線母線的用戶側(cè),，實現(xiàn)并網(wǎng)。變電站近三年負荷平均-0.15MW,，考慮主變 N-1 情況下,，另一主變負載不超過80%，則該變電站可接入的分布式光伏容量為179.81MW,，目前該變電站已接入及在途分布式光伏容量共 127.1W,，因此剩余可接入容量 52.71MW。滿足本期接入需求,。針對于光伏發(fā)電并網(wǎng)引起電壓偏差電能質(zhì)量問題的機理采用A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置,，對光伏發(fā)電可能引起諧波、直流分量,、電壓波動和閃變,、三相不平衡度、注入電網(wǎng)直流分量進行在線監(jiān)測,。

3.1. 升壓變壓器及高低壓配電設(shè)備

本項目配備7臺三相交流2000KVA的干式變壓器,。額定電壓10.5±2×2.5%/0.38kV，接線組別為Dy11,。交流頻率為50Hz,可以戶外使用,，能效等級滿足國家規(guī)范要求。

3.2. 繼電保護及安全自動裝置

本光伏電站內(nèi)主要電氣設(shè)備采用微機保護,，以滿足信息上送,。元件保護按照《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（GB14285－2006）配置。

1）線路保護

本項目為10kV并網(wǎng),，建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)建議光伏開關(guān)站總出線開關(guān)配置線路方向過流等保等護，包括三段可經(jīng)復(fù)壓和方向閉鎖的過流保護,，三段零序過流保護,、過負荷并具備低周減載功能，以便線

路發(fā)生故障時快速切除,，避免事故范圍擴大,。

2）頻率電壓異常緊急控制裝置

本項目光伏并網(wǎng)點斷路器要求具備失壓跳閘功能，不設(shè)重合閘,，可通過逆變器內(nèi)低壓保護與頻率保護實現(xiàn)解列,，不配置獨立的安全自動裝置。裝置通過檢測系統(tǒng)頻率，根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化按用戶設(shè)定的頻率定值,，當(dāng)系統(tǒng)頻率低于 定值時,，自動切除負荷。為保證裝置可靠動作,，系統(tǒng)正常時對低頻減載功能進行閉鎖,，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降到一定程度時才解除閉鎖。為防止系統(tǒng)發(fā)生負荷反饋引起裝置誤動,，采用了低電壓,、欠電流和滑差閉鎖,。

低電壓閉鎖判據(jù)為:Ua低于低電壓閉鎖定值,，同時零序電壓3U0低于8V,，或PT斷線時,，閉鎖低頻減載出口,?；铋]鎖判據(jù)為:df/dt大于滑差閉鎖定值時,，閉鎖低頻減載出口,。欠流閉鎖判據(jù)為：三相電流Ia,、Ib,、Ic均低于欠流閉鎖定值時，閉鎖低頻減載出口,。裝置通過檢測系統(tǒng)頻率,，根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化按用戶設(shè)定的頻率定值，當(dāng)系統(tǒng)頻率高于定值時,，自動切除負荷,。

對于光伏電站，公共連接點的電壓偏差,、電壓波動應(yīng)滿足GB/T 12325-2008和GB/T12326-2008的規(guī)定,。當(dāng)電壓異常時，按照表1中要求的時間停止向電網(wǎng)線路送電,，此處要求適用于三相系統(tǒng)中任何一項,。其中UN為光伏電站并網(wǎng)點的電網(wǎng)標稱電壓，分閘是指異常狀態(tài)發(fā)生到逆變器停止向電網(wǎng)送電的時間,。當(dāng)頻率異常時,，按照表2所表示的電網(wǎng)頻率偏離下運行。

頻率電壓緊急控制裝置

3）防孤島檢測及安全自動裝置

隨著分布式光伏發(fā)電的快速發(fā)展,，越來越多的光伏電站接入電網(wǎng)運行,。然而，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)因停電檢修而斷開時,，若并網(wǎng)逆變器未能及時檢測到電網(wǎng)斷電而繼續(xù)向本地負荷供電,，就會形成孤島效應(yīng)（Islanding）,。這種情況可能帶來嚴重的安全隱患和設(shè)備風(fēng)險，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1,、當(dāng)電網(wǎng)側(cè)當(dāng)電網(wǎng)側(cè)停電檢修,，若并網(wǎng)光伏電站的逆變器仍在繼續(xù)供電，維修人員不一定意識到分布式系統(tǒng)的存在,，從而可能危及維修人員的安全,。

2、當(dāng)孤島效應(yīng)發(fā)生時,，負荷大于或者小于光伏發(fā)電功率,，電網(wǎng)不能控制供電孤島的電壓和頻率，電壓幅值和頻率的漂移會對用電設(shè)備帶來破壞,。

3,、如果逆變器仍然在發(fā)電，由于并網(wǎng)系統(tǒng)輸出電壓和電網(wǎng)電壓之間產(chǎn)生相位差,，當(dāng)電網(wǎng)重新恢復(fù)供電時會產(chǎn)生浪涌電流,，可能會引起再次跳閘或?qū)Ψ植际桨l(fā)電系統(tǒng)、負載和供電系統(tǒng)帶來損壞,。

防孤島保護裝置是用于電力系統(tǒng)的一種保護裝置,，主要用于發(fā)電系統(tǒng)中檢測和防止孤島現(xiàn)象的發(fā)生。孤島現(xiàn)象是指當(dāng)電網(wǎng)由于故障而失去電壓時,，電站仍然處于發(fā)電狀態(tài),，繼續(xù)向電網(wǎng)側(cè)送電。采用具備防孤島能力的逆變器,，逆變器需要具備快速監(jiān)測孤島且監(jiān)測到孤島后立即斷開與電網(wǎng)連接的能力,，其防孤島保護方案應(yīng)與繼電保護配置、頻率電壓異常緊急控制裝置配置和低電壓穿越相配合,。防孤島保護裝置主要適用于35kV,、10kV及低壓380V光伏發(fā)電、燃氣發(fā)電等新能源并網(wǎng)供電系統(tǒng),。

具有：頻率保護（低頻減載/高頻保護）,、頻率突變跳閘、有壓自動合閘,、三段式過流保護（可經(jīng)低電壓閉鎖,、可帶方向閉鎖）、反時限過流保護等保護功能,。

防孤島裝置

3.3. 電能質(zhì)量裝置

電能質(zhì)量不僅關(guān)系到電網(wǎng)企業(yè)電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行，也影響到用戶側(cè)的安全運行和產(chǎn)品質(zhì)量,。在以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中,，換流器,、整流器、逆變器,、新能源充電樁等電子化電氣設(shè)備不斷接入電網(wǎng),，在為電網(wǎng)帶來清潔低碳的能源的同時，其引發(fā)的電能質(zhì)量問題也在威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行,。在用戶側(cè),，日益突出的電壓暫降、電壓短時中斷,、電壓瞬變,、閃變、諧波等問題,，可直接影響用電設(shè)備的安全,、可靠、連續(xù)運行,，嚴重時會導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量下降,、成本增加、計劃阻礙,，造成嚴重的經(jīng)濟損失,。故對于用電情況的實時監(jiān)測、故障預(yù)警,、故障分析尤為重要,。

根據(jù)《GB/T 19826-2016電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》，電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備可對電壓偏差,、頻率偏差,、諧波、電壓波動和閃變,、三相電壓不平衡度,、諧波、間諧波,、閃變,、電壓暫降/暫升/短時中斷等參數(shù)進行連續(xù)跟蹤監(jiān)測，為電氣事件處理（包括事前預(yù)警,、事中處理,、事后分析）和合理的電能質(zhì)量治理提供數(shù)據(jù)支撐并且 裝置具有通訊接口，具備遠傳電能質(zhì)量數(shù)據(jù)功能,，電能質(zhì)量數(shù)據(jù)通過綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至電能質(zhì)量檢測主站,。

電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置

3.4. 系統(tǒng)調(diào)度自動化

本項目采用10kV電壓等級接入電網(wǎng)，需配備專用的信息傳輸設(shè)備,，將光伏電站的有功功率,、無功功率,、功率因數(shù)、逆變器運行數(shù)據(jù),、電量統(tǒng)計,、開關(guān)及刀閘狀態(tài)、功率調(diào)節(jié)指令以及功率預(yù)測等信息實時傳輸至電網(wǎng)調(diào)度端,。場站需要配置自動發(fā)電控制（AGC）裝置,，以實現(xiàn)對有功功率控制指令的接收與自動執(zhí)行功能；同時,，需具備一次調(diào)頻能力,。此外，10kV發(fā)電系統(tǒng)還需向調(diào)度端報送中期,、短期及超短期功率預(yù)測數(shù)據(jù),。

4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本項目光伏電站配置一套綜合自動化系統(tǒng)，采用安科瑞電氣股份有限公司所提供的Acre-l000分布式光伏電力監(jiān)控系統(tǒng)具有保護,、控制,、通信、測量等功能,，可實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng),、開關(guān)站的全功能綜合自動化管理。本項目逆變器,、高低壓設(shè)備等狀態(tài)信號都要接入本監(jiān)控系統(tǒng),。

本項目光伏電站監(jiān)控系統(tǒng)包括兩部分：站控層和就地層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放式分層,、分布式結(jié)構(gòu),。

監(jiān)控系統(tǒng)通過以太網(wǎng)與就地層相連,就地層按照不同的功能、系統(tǒng)劃分,，以相對獨立的方式分散在逆變器區(qū)域或箱變中,，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，就地層仍能獨立完成就地各電氣設(shè)備的監(jiān)測,。

站控層由計算機網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)器,、操作員站、遠動站等組成,，提供站內(nèi)運行的人機界面,，實現(xiàn)管理控制就地層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控,、管理中心,，并具備與遠方控制中心通信的接口。

就地層設(shè)備由智能測控單元,、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通訊單元,、逆變器數(shù)據(jù)采集單元,、多功能電能表等構(gòu)成，主要電氣設(shè)備包括微機保護,、防孤島保護、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置,、故障解列裝置,、多功能儀表、逆變器,、箱變測控等設(shè)備,。它直接采集處理現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳送給站控層監(jiān)控主站,，同時接收站控層發(fā)來的控制操作命令,，經(jīng)過有效性判斷、閉鎖檢測,、同步檢測等,，最后對設(shè)備進行操作控制。

每個光伏發(fā)電單元配帶無線發(fā)射功能的數(shù)據(jù)采集裝置,，采集每組光伏組件數(shù)據(jù),，逆變器參數(shù)，測控裝置,、智能計量表計的數(shù)據(jù),，打包后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)視。

監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

項目配置設(shè)備清單如下表所示：

5. 系統(tǒng)功能

5.1. 電能質(zhì)量管理監(jiān)測

在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中,，用戶能夠?qū)崟r查看關(guān)鍵的電能質(zhì)量參數(shù),，包括電流和電壓的總有效值（RMS）、電壓波動范圍,、電壓總諧波畸變率（THD）,、正向與反向有功電能、有功功率以及無功功率等,。這些參數(shù)為準確評估現(xiàn)場電能質(zhì)量提供了數(shù)據(jù)支持,，能夠幫助技術(shù)人員快速識別電能質(zhì)量問題的根源，如電壓偏差,、諧波污染或功率因數(shù)異常等,。通過實時監(jiān)測這些指標，運維人員可以及時發(fā)現(xiàn)潛在的電能質(zhì)量問題,，并依據(jù)具體數(shù)據(jù)制定針對性的應(yīng)對策略,，例如調(diào)整無功補償裝置、優(yōu)化諧波濾波措施或重新配置負載,，從而確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,，保障設(shè)備的安全運行和電力供應(yīng),。

電能質(zhì)量監(jiān)視

諧波監(jiān)測

5.2. 直流屏界面

該界面具備實時監(jiān)測直流屏電參量、通信狀態(tài)及開關(guān)量狀態(tài)的功能,。其核心作用在于對直流屏的運行狀態(tài)進行持續(xù)監(jiān)控,，以便及時捕捉異常情況并觸發(fā)報警信號，確保直流屏的穩(wěn)定運行,。

直流屏一次圖

直流屏監(jiān)測

6. 結(jié)語

分布式光伏發(fā)電作為一種新型的可再生能源發(fā)電技術(shù),，兼具環(huán)保效益與經(jīng)濟發(fā)展雙重優(yōu)勢。該技術(shù)的推廣應(yīng)用不僅能推動社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展,，還能有效降低傳統(tǒng)能源對生態(tài)環(huán)境的影響,。隨著技術(shù)進步和政策支持，分布式光伏發(fā)電有望成為未來電力系統(tǒng)的重要組成部分,。為確保其與配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)運行,，需要深入研究其對供電電壓質(zhì)量的影響機制?；谘芯砍晒?，需科學(xué)規(guī)劃光伏發(fā)電的并網(wǎng)方案，并建立完善的管理體系,，從而保障配電網(wǎng)在接納分布式光伏時的安全穩(wěn)定運行,。