分布式光伏发电并网系统研究与设计

姚金玲

摘 要： 近些年来，随着能源危机日益紧迫，光伏产业得到了快速发展，而分布式光伏发电系统为最常见的光伏发电系统，且分布式发电系统并网后，对电网的系统稳定性、电能质量和运行的经济性等方面都可能产生影响。因此要对其进行相应的研究和设计，希望对有关人士有所帮助。

关键词： 分布式光伏发电；并网系统；设计要点

一、前言

我国对电力需求非常大，且在光伏发电技术上的应用逐步走向前列，其入网设计等级涵盖当前的各个电压等级。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。因此一定要加强分布式光伏发电并网的设计，促使其构成一个站用电微网系统，形成一种变电站辅助设备新型高效节能用电的解决方案从而为变电站提供一个高效率、经济可靠的供电环境。

二、光伏发电系统及并网的技术特点

1、光伏发电系统的特点

光伏发电技术是以光生伏打效应作为基础，在此基础上延伸得到的技术。太阳能电池两端产生电动势，光能由此转换为电能，太阳能又通过光伏组件转化为直流电力，直流检测配电箱汇集到逆变器，直流电能转换为交流电力，这就是光伏发电系统的原理。

光伏发电系统具有许多特点。系统由于受光照、温度等外界环境因素影响，光伏发电系统工作点变化较快；光伏发电系统的输出是直流电，输入侧的能源功率只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点，而不能主动地在技术范围内调控等等，这些都是光伏发电系统的主要特点。

2、光伏发电系统并网的特点

光伏发电系统的并网对电网的系统稳定性、电能质量和运行的经济性都有一定的辅助作用，但是并网需要满足条件：逆变器输出之正弦波电流的频率和相位需要與电网电压的频率和相位达到统一。就当前的光伏发电系统来看，主要有两种形式的并网方式：集中式并网和分散式并网。

集中式并网是将发出的电能都直接输送到大电网中，然后大电网统一调配输送给用户，光伏发电的集中式并网与大电网间的电力交换是单向的，因此比较适合离负荷点比较远的大型光伏电站。分散式并网则是将发出的电能直接分配到用电负载上，多余的或者不足的电力则是通过联接大电网来调节。分散式并网与大电网间的电力交换是双向的，因此比较适合于小规模的光伏发电系统。

三、分布式光伏发电并网设计要点

1、设计入网问题

接入电压等级及接入变电站选择是分布式光源并网的重点，依据国家电网公司给出的分布式电源接入相关要求，从电网优化设计方案出发，综合合理考虑周边电网的结构、周边的路径现状及城市规划布局。如本文提到的黄石铁山光伏接入系统的装机容量为50MVA，同时考虑周边无35kV电压等级，考虑从110kV电压接入。黄石铁山光伏接入系统周边有2座220kV变电站、2公用3专用共5座110kV变电站，设计从间隔使用及扩建角度出发，考虑了110kV、220kV变电站实际间隔情况，然后根据变电站的距离、运行情况、线路及变电站的负载率出发。

2、设计路径问题

路径选择是接入系统报告面临的一项重要问题，可行的路径及最优的路径方案，不仅要满足国网要求的线路典型设计（双联络、单环网、双辐射等），更要使得线路设计最优化、经济最优化，为达到以上要求，本文涉及的可研从铁山城区通过，从导线选择上可选用架空线及电缆，从线路廊道上可直接从城区主干网络通过也可从山边沿绿化道通过（线路相对前者超20%），通过技术性及经济性比较，最终选用了较为经济的架空线路，避免从城区与水网、石油管道及地下通信电缆相交叉现象。

3、继电保护设计

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。

（1）继电保护配置

35/10kV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。

（2）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/GDW11147-2013《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dPV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d的计算公式：d=ΔSi/Ssc

式中，ΔSi为三相负荷变化量，即指光伏工作容量，由于各电气设备和电缆会造成电力损耗，光伏系统的发电效率通常≤80%，因此，光伏工作容量可以按照安装容量PCOI的0.8倍计算。Ssc为公共连接点在正常较小方式下的短路容量，可以按照0.7倍的最大短路容量计算。

4、光伏接入系统的稳定性设计

考虑光伏接入系统的稳定计算问题，光伏接入是否带来电压的异常、是否对调度的运行产生大的影响等。光伏接入的电压等级、变电站的负载能力、是否升压、是否倒供、是否改变电压大小等均是设计考虑的主要问题。因光伏发电具备点多面广问题，因此在接入电网系统中不再是像发电厂那样得升压作为电源首端输出电能，分布式光伏发电将根据地理优势，广布点接入电网，因此电能质量、频率、电压稳定等均成为分布式电源的校验重点。本文举例工程从220kV铁山变入网，该220kV常供110kV电能为61.5MW，大于光伏发电的最大负荷50MW，因此在传送时不考虑其电能送往上级情况，但在此电压变化中，需考虑电压由光伏侧至铁山变电站侧的电压降，对加入无功补偿或调压器对电压进行补偿，以降低电压波动，满足电压电能传送标准。

四、结束语

综上所述，在设计中，电网的技术人员需要积极主动探寻解决分布式光伏发电系统并网的方法，使系统并网后仍能保证电网的规范安全运行，实现电网与光伏发电等分布式可再生能源发电的协调发展。■

参考文献

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[3]张弼宏.并网分布式光伏发电系统的选型及配置方案研究[J].电工技术，2016（08）：108-109.