光伏电源接入电网安全技术要点分析

2016-03-10孟旻婕孟天慧国网辽宁省电力公司大连供电公司开发区分公司辽宁大连6600哈尔滨工业大学威海校区山东威海6409

电力安全技术 2016年4期

关键词：逆变器谐波配电网

孟旻婕，孟天慧（.国网辽宁省电力公司大连供电公司开发区分公司，辽宁大连 6600；.哈尔滨工业大学（威海）校区，山东威海 6409）

光伏电源接入电网安全技术要点分析

孟旻婕1，孟天慧2
（1.国网辽宁省电力公司大连供电公司开发区分公司，辽宁大连 116600；
2.哈尔滨工业大学（威海）校区，山东威海 264209）

〔摘要〕介绍了光伏电源接入对配电网电压和频率的影响及控制措施，分析了配电网故障对光伏电源的影响及控制措施，及防止光伏电源孤岛运行的对策和光伏发电谐波抑制的措施，强化和完善了配电网安全技术管理。

〔关键词〕光伏电源；配电网；孤岛效应；逆变器；谐波

0 引言

光伏发电是一种新兴的绿色能源。但当昼夜阴晴变化时，光伏发电功率也随之变化，这种发电功率的不稳定性会影响接入配电网的稳定运行。国家电网公司为了更好地将光伏发电接入配电网，在技术规程、管理制度、企业标准等方面出台一系列相关规定，确保光伏发电并入配电网的安全稳定运行。光伏发电并网会出现如下问题：

（1）光伏发电并网加大了对配电网进行负荷预测的难度，改变了既有的负荷增长模式，使配电网的改造和管理更为复杂。

（2）光伏发电并网后不输送功率时，会造成配电网的电压波动；而输送功率时，也会造成配电网的电压波动。

（3）光伏发电并网的重要影响是造成馈线上的电压分布改变；并且由于光伏发电一般通过逆变器接入电网，电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生谐波污染。

（4）配网多为单电源放射状结构，继电保护采用速断、限时速断的保护形式，不具备方向性。光伏发电并网注入功率会使继电保护范围缩小；分支线路故障时，会引起继电保护误动作。

（5）光伏电源接入后的配电网如因发生电气故障、人为误操作或自然灾害等而中断供电时，用户端的光伏电源自身脱离电网，会形成一个孤岛运行微电网。

针对光伏发电并网后造成的影响，应根据并网光伏发电企业的规模、电压等级、容量大小、设备特点，采取相应的技术措施，保证电网安全稳定运行和输送优质电能。

1 光伏电源接入对配电网电压和频率的影响及控制措施

光伏发电并网会改变原配电网络结构。配电网一般呈辐射状，电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入光伏电源后，馈线上的传输功率减少，使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高，导致一些负荷节点电压偏移。抬高的电压值与接入光伏电源的位置及总容量相关。光伏发电受天气因素影响很大，具有随机性和间歇性，在午间阳光充足时将明显抬高接入点的电压；有云层飘过时发电系统出力可迅速降低70 %左右，造成电压的波动和闪变，将直接影响电网电压和频率。

为了严格掌控配电网的电压和频率，采取如下措施。

（1）容量较小的电网接入光伏发电比过大时，调峰和调频尤为关键，可采用小水电机组、小风电机组进行调峰和调频。

（2）当大量光伏电源接入配电网时，调度应充分考虑具有足够的旋转机组容量，满足调峰和调频的要求。

（3）在阳光充足时段发电功率最大，而用电负荷较小时，调度应该考虑减少旋转机组出力，或者对抽水蓄能电厂进行蓄水，以控制调整配电网电压和频率，保证电网的安全稳定运行。

（4）在夜间时段光伏发电有功为0，采取退出电网部分电容器组方式调整无功，解决配电网电压偏高的问题。

（5）光伏发电企业向调度提供光伏实际运行在线数据，满足供电电网负荷预测和调控工作。

2 配电网故障对光伏电源的影响及控制措施

当检测到电网侧发生短路时，光伏电站向电网输出的短路电流应不大于额定电流的1.5倍；如未达此要求，会导致逆变器烧损。为有效降低配电网故障对光伏电站的影响，应采取如下控制措施。

（1）加强配电网络建设，采用适当增加铺设电力电缆供电路径的方式，满足N-1供电可靠性要求；架空配电线路多采用绝缘导线，以降低配电网发生相间故障或接地故障的几率。

（2）选择性能优良的配电网电气设备，全面筛查运用中的电气设备是否满足运行要求；核查配电网继电保护范围、性能、定值等是否满足现场实际运行要求，确保配电网处于安全可靠运行状态。

（3）提高配电网运行维护管理精准化工作能力，每年都应对配电网运行中的光伏电源进行全面的技术监督、用电监察、配网检测、信息反馈等工作，杜绝配电单位发生人为错误指挥、错误操作、错误作业、错误接线、错误整定、错误调度及人身触电等事故。

（4）积极防御外力对配电网的影响，调动全社会力量消除各类外力破坏因素，打造良好的配电网安全运行大环境，提高配电网供电可靠性。

（5）及时修订配电网运行、维护的各类技术规程和管理制度，提高对“新型有源”配电网的认识，不断总结“新型有源”配电网运行经验，提升配电网安全稳定运行管理水平。

3 防止光伏电源孤岛运行的对策

配电网孤岛运行是随时可能发生的。当发生电气故障、人为误操作或自然灾害而中断供电时，用户端的光伏电源会脱离电网而形成一个公共电网系统自给供电孤岛。因孤岛运行的局域微电网不能满足用电客户的技术标准，会对用户产生严重的后果：配电网不再能控制光伏电源状态，电压和频率会产生大波动，而对孤岛中的电力设备产生一定损害，同时影响配电网保护动作程序；并网系统在孤岛状态下单相供电，供需不平衡，会引起三相负载的欠相供电问题；电网恢复供电时，由于相位不同步导致的冲击电流可能损坏并网逆变器；可能导致电网维护人员认为已断电而接触孤岛供电线路，引起触电危险，造成人身伤害。

防止孤岛运行的技术管控措施有：

（1）光伏电站必须具备快速监测孤岛的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合；

（2）结合并网光伏发电企业设备装置现状和并网点配电网的接纳能力，确定防止发生孤岛运行的具体技术措施；

（3）全面提升配电网技术管理能力，杜绝人为因素造成的孤岛运行。加强配电网抗拒自然灾害的能力建设，以及杜绝发生作业人员过失引发的配电网事故；

（4）加强配电网对光伏电源的技术监测能力，严格掌控光伏发电并网资料审查、技术审核、工程质量验收、设备检验等关口。

4 光伏发电谐波抑制措施

GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》对光伏发电谐波分量的要求为：逆变器在运行时，不应造成电压波形过度畸变和注入电网过度的谐波电流。规定逆变器带载运行时，电压谐波总畸变率限值是：0.38 kV为5 %，10 kV为4 %；谐波电流允许限值是：0.38 kV（基准短路容量10 MVA）时，3，5，7，9次谐波分别为62，62，44，21 A；10 kV（基准短路容量100 MVA）时，3，5，7，9次谐波分别为34，34，24，11 A。

光伏电站谐波的产生主要由逆变器、变压器铁芯饱和非线性等因素导致。逆变器产生的谐波主要为高次谐波。谐波会导致电压、电流波形的畸变，而输入电网后谐波能够对用电设备产生多种形式的影响：对电子器件及控制器产生不利影响；使电缆、变压器、电抗器、电动机等温度升高，加速绝缘老化，降低输电容量或出力。

抑制光伏发电谐波的主要措施如下：

（1）加强对光伏谐波的治理工作，采取有力措施加强并网光伏电源的技术监督与管理，掌控配电网谐波污染源，凡超过国家、行业规定技术标准的设备不得并网使用。本着“谁干扰、谁污染，谁治理”的原则，在谐波源上采取控制措施。

（2）采用多电平逆变器，增加换流装置的脉冲数，平滑其波形，减少谐波。可采用脉宽调制型逆变器抑制谐波，采用无源滤波或有源滤波装置削弱谐波。