分布式光伏发电并网方案研究

赵萌萌，胡琴洪，杨大勇，江新峰，贺锦丽

(国家电网许继集团有限公司，河南许昌461000)

分布式光伏发电并网方案研究

赵萌萌，胡琴洪，杨大勇，江新峰，贺锦丽

(国家电网许继集团有限公司，河南许昌461000)

介绍了分布式光伏电站接入配电网的整体设计原则，包括接入方式的选择、继电保护和调度自动化的配置。介绍了光伏侧和电网侧保护配置及短路电流、电压波动率的计算方法，并提出一种10 kV并网系统调度自动化的典型方案。通过实际工程中的应用验证了设计方案的可行性及稳定性。通过对并网接入技术的研究，为分布式光伏接入设计提供了指导。

分布式光伏；并网；保护；调度自动化

分布式发电是指装机规模小、分散利用资源、布置在用户侧附近的发电单元，通常以10 kV及以下电压等级接入，且单个并网点总装机容量不超过6 MW，或以35/10 kV电压等级接入，容量超过6 MW，年自发自用电量大于50%的发电项目。光伏发电作为分布式新能源，为当地负荷提供了电源支撑，光伏电源接入配电网已成为光伏利用的主要方式。目前，关于分布式光伏接入对配电网的影响已存在大量的研究成果。但是，为了实现分布式光伏柔性并网，科学地制定并网接入方案方面的研究比较少。

并网接入方案涵盖的内容包括并网接入方式、电气主接线图、防雷接地要求、无功配置方案、保护、自动化配置要求以及监控、通信系统要求等[1]。本文在研究分布式光伏发电并网特性的基础上，结合实际工程，对并网接入方式、保护、自动化配置进行研究，提出了接入方案的一些设计思路及典型配置。

1 并网接入方式

根据分布式电源接入点处是否设置有分布式电源专用的开关设备，可将接入形式分为专线接入和T接，如图1(以10 kV电压等级接入为例)所示。由分布式电源接入点位置位于公共电网侧或用户侧，分布式电源可分为统购统销和自发自用、余量上网两种运营模式。

对于单个并网点，接入电压等级应依据分布式电源容量、发电特性、导线载流量、上级变压器及线路可接纳能力、配电网情况综合分析后确定[2]。一般情况下，单个并网点容量如果在400 kW以下，通常以380/220 V电压等级接入，大于400 kW以10 kV等级接入，若大于6 MW，考虑35 kV电压等级接入。

图1 并网接入方式

2 继电保护

光伏电源的并网会造成电网的结构及短路电流的大小、流向发生变化，配电网也从原来的单电源系统变成多电源系统。分布式电源侧宜配置相应的继电保护装置，且配电网原有的系统保护和重合闸装置需相应地调整，并需要具有方向性，确保配电网保护能准确、快速地切除故障[3]。

2.1 继电保护配置

35/10 kV电压等级接入时，若光伏侧设有母线，不必配置专用的母线保护装置。当发生故障时，通过光伏的后备保护(线路保护)切除故障；并网点处需配置安全自动装置，若线路保护具备失压跳闸及低压闭锁合闸功能，也可不配置单独的安全自动装置。

专线接入时，线路保护需配置方向过电流保护(或距离保护，若灵敏度要求较高时，也可以配置纵差保护)。T接于配电网线路的分布式电源侧应配置电流速断保护。

对于380/220 V接入的分布式电源由于接入容量小，对配电网影响很小，不需要单独配置继电保护，要求并网点和公共连接点的断路器应具备短路瞬时、长延时保护功能和分励脱扣、失压跳闸及低压闭锁合闸等功能[4]。

2.2 短路电流计算

光伏逆变器过载能力最高可达150%，因此，当系统发生短路故障时，向电网提供的最大短路电流不超过额定电流的1.5倍，即1.5。光伏接入后，公共连接点处的短路电流，并网点短路电流分别为：

2.3 电压波动率计算

光伏电源输出功率受光照影响大，具有波动性、间歇性的特点，会引起电网电压的波动和闪变。根据 Q/GDW 11147-2013《分布式电源接入配电网设计规范》的要求，光伏接入公共连接点造成的电压波动率不能超过 5%。GB/T12326-2008《电能质量电压波动和闪变》给出了电压波动率的计算公式：

3 调度自动化配置

由于分布式光伏接入会影响电网的潮流分布，增加电网调度的复杂度。因此，需要监控系统实时分析分布式光伏电源与主配网间的运行方式，给出调度辅助策略分析，协助调度员进行调度和控制[7]。

3.1 35/10 kV并网调度自动化配置

35/10 kV接入的光伏电站，应将并网状态、并网电压、电流、有功无功输出、发电量、频率、功率因数、主断路器开关状态等信息，通过远动通信装置送至调度中心[4]。远动功能可以集成在光伏监控系统，也可以单独配置。

与调度之间的通信宜采用电力调度数据专网，通信方式有光纤通信和电力载波通信。其中，光纤通信具有通信容量大、传输距离远、抗电磁干扰、高速率传输等优点，应用最为广泛。目前常用的光纤通信方案有同步数字体系(SDH)、准同步数字系列(PDH)、并网接口装置三种。

35/10 kV接入系统应在每个并网点配置电能质量在线监测装置，以无线的方式传输至上级运行管理部门，用来监测光伏接入产生谐波、三相不平衡电流、对电网造成电压波动和闪变的问题[8]。

3.2 35/10 kV SDH通信方式

目前的分布式光伏项目大多数采用SDH通信方式。在光伏电站配置一台SDH光端机，利用光缆接入变电站的通信电路，将光伏电站的通信、自动化等信息接入系统的通信通道。以10 kV并网为例，单个并网点调度自动化方案见图2，其中包含个发电单元。

图2 10 kV SDH调度自动化方案

光伏站设备逆变器、电能表、智能汇流箱等装置通过485线接入通信接入装置(规约转换器)转换为与监控主站一致的规约，并通过远动装置上传至调度中心。保护装置的通讯协议若与监控主站的规约一致，可以直接接入监控主站和远动。

3.3 35/10 kV并网接口装置通信方式

并网接口装置是一种用于分布式光伏发电与电网联接，实现分布式光伏发电信息采集和运行控制的装置，集成了保护、测控、远动、电能质量分析、规约转换、数据上送等功能，可简化调度自动化方案、节省设备。

380 V接入用户侧的发电系统，由于没有控制要求，并且只需向调度中心上传发电量信息。因此，通常采用无线公网传输的形式(GPRS)接入配网的调度自动化系统，接入电力系统时必须采取安全隔离措施和传输加密技术，保障数据的安全性[9]，不配置独立远动系统，而是通过负控装置实现电量信息的采集并远传。由于容量小，对电网冲击不大，不需配置电能质量在线监测装置，但计量电能表应具备电能质量在线监测功能，可监测三相不平衡电流。

4 工程案例分析

以浙江某工程为例，光伏电站建设容量为1.06 MW，分为两个530 kW的发电单元，通过一台1 000 kVA的双分裂变压器升压到10 kV，经10 kV开关站接入用户的10 kV母线光伏间隔，运营模式为自发自用，余量上网，接入系统示意图如图3所示。

图3 接入系统示意图

其继电保护方案为：2DL处配置阶段式方向过电流保护，方向指向用户母线，与1DL配合。线路保护装置包含了故障解列功能，动作跳3DL。3DL配置阶段式方向过电流保护、失压跳闸及低压闭锁合闸功能，方向指向光伏侧，整定与2DL配合。

根据供电公司提供的信息，用户目前厂区变压器安装容量为630 kVA，上级110 kV变电站最高负荷达62.1 MW。光伏电站按0.8倍装机容量 (即848 kW)输出至110 kV变电站10 kV线路(最大负荷3.79 MW)，110 kV变10 kV母线基本能消纳。

10 kV母线最大运行方式阻抗(标幺值)为0.394 3，10 kV架空线(JK-240)路长1.126 km，线路阻抗(标幺值)为每千米0.317。光伏电站经过接入方案示意图，开关站至配电房和配电房至10 kV架空线路的距离很近，线路阻抗可以忽略。因此，并网点可近似看作是公共连接点，其最大运行方式下的短路阻抗相等。

接入光伏后，公共连接点(并网点)短路电流：

电压波动满足小于5%的要求。公共连接点和并网点的短路电流按照7.41 kA整定，调度自动化依据第四节的配置原则，结合浙江地区电力公司的要求，选用并网接口装置的方式。该电站目前已投入运行，运行稳定。

5 结论

本文研究了分布式光伏电站接入配电网的设计方案，合理规划了接入方案的配置，并建立了保护定制的计算模型以及调度自动化的典型方案。通过在浙江某个分布式项目中的应用结果验证了本文提出的设计方法对指导分布式光伏电源有序、可控地接入配电网具有一定的指导作用。

[1]谢知寒.杭州地区分布式光伏电源接入方式及其保护与控制研究[D].保定：华北电力大学，2013.

[2]国家电网公司.Q/GDW 11147-2013分布式电源接入配电网设计规范[S].北京：国家电网公司，2013.

[3]FAYSAL H.Grid-connection study of the centralized photovoltaic power system in Zarzitta[J].International Journal of Distributed Energy Resources，2006，2(4):325-342.

[4]国家电网公司.分布式电源接入系统典型设计[M].北京：中国电力出版社，2013：62.

[5]汤继东.中低压电气设计与电气设备成套技术[M].北京：中国电力出版社，2010：38

[6]中国国家标准.GB/T 12326-2008电能质量电压波动和闪变[S].北京：中国标准出版社，2008.

[7]缪迸荣.太阳能光伏电站监控系统的研究与实现[D].北京：北京交通大学，2012.

[8]VARMA R K，SALAMA M，SEETHAPATH Y R.Large-scale photovoltaic solar power integration in transmission and distribution networks[C]//Proceedings of IEEE Power&Energy Society General Meeting.Canada:IEEE，2009:1-4.

[9]刘伟，彭冬，卜广全，等.光伏发电接入智能配电网后的系统问题综述[J].电网技术，2009，33(19)：1-6.

Research on grid-connected scheme of distributed photovoltaic power generation

The overall design principle of distributed photovoltaic connected to the distribution network was introduced， including the choice of grid-connected method， configuration of relay protection and dispatching automation.The design of relay protection on photovoltaic side and line side as well as the calculation of short-circuit current and fluctuation ratio of voltage was introduced. A typical dispatching automation scheme of 10 kV grid-connected system was proposed.The feasibility and stability of the design scheme was verified by the practical engineering application.The design guidance of distributed photovoltaic grid-connected was provided through by the research on grid-connected technology.

distributed photovoltaic;grid-connected;protection;dispatching automation

TM 615

A

1002-087 X(2016)04-0783-03

2015-09-16

赵萌萌(1989—)，女，河南省人，硕士，主要研究方向为光伏发电。