分布式光伏接入的配电网建设方法分析

曾 燕

（国网十堰供电公司， 湖北 十堰 442000）

引言

分布式光伏发电的特点主要体现在“分布式”、“大规模”、“节能性”三方面。将其接入到高压输电网以及中低压配电网中，能够有效降低电力领域的成本，提高经济效益，达到“可持续发展”理念对电力领域所提出的要求。

1 分布式光伏接入工程概况

某工程位于国内某地，截至2017年底，区域内共建成变电站20余座，电压等级包括500 kV（共3座）、200 kV（共15座）等。调查显示，2016年12月—2017年12月，区域售电总量共58.96 kWh。近些年来，随着社会各领域的不断发展，用户的用电量显著提升，火力发电已无法满足用户长期的用电需求。为达到长远发展的目的，本工程决定将分布式光伏接入配电网，对配电网进行改造。分布式光伏发电需依赖太阳能而实现，因此，确保区域内太阳能充足较为重要。调查显示，工程所处区域太阳能辐射量平均为3 415 MJ/（m2·a），利用以上太阳能发电，发电量与17 000亿t煤炭的发电量相当。可见，该区域通过分布式光伏接入的方式进行配电网改造，具有一定的可行性。但考虑到分布式光伏接入难度较大，且易对原配电网造成影响，有必要对其建设方法进行详细的分析。

2 分布式光伏接入对配电网的影响

分布式光伏接入对配电网的影响，主要体现在功率、电能质量、运行安全性、与配电网的适应性等方面。以电能质量为例：分布式光伏接入后，电力系统极容易出现闪变、电压波形畸变等问题。就电压而言，传统配电网中，电压、电流以及功率的变化均较为稳定[1]。待光伏接入后，随着接入位置以及容量的改变，配电网的负荷潮流均会发生相应的变化，电力调度的难度将显著提升。为确保接入的分布式光伏电源与配电网负荷相互匹配，必须对光伏组件进行科学的安装。闪变指光照强度随电压波动而发生变化的现象，受分布式光伏不确定性的影响，改造后的配电网电压波动一般较大，闪变的发生风险将进一步提升。

3 分布式光伏接入的配电网建设方案及效果

3.1 分布式光伏接入的配电网建设方案

3.1.1 逆功率调控

为减轻分布式光伏接入对配电网的影响，应在掌握光伏系统等效电路运行规律的基础上，首先进行逆功率调控。光伏系统的等效电路见图1。

图1 光伏系统的等效电路

本工程中，逆功率调控的依据以接入点电压为主。当外界条件变化时，光伏组件电流同样会发生变化，但电压的变化一般较小。如光伏逆变器交流电压降低，分布式光伏将自原有的配电网中吸收大量的无功功率，导致系统难以安全运行。为解决上述问题，首先，有关人员应对系统的运行情况进行检测，在此基础上，通过查表等方式确定运行点。需注意的是，选取运行点时，应确保功率平衡。另外，有关人员还应采用光伏监控系统，对高压侧的相应指标进行监测，判断是否超过定值。如已超过定值，则应下达降低主变对应光伏发电出力的指令，确保电力系统能够安全运行。

3.1.2 光伏组件安装

光伏系统组件包括固定支架、跟踪系统两种支架类型。与前者相比，后者成本相对更高[2]。因此，为降低配电网建设成本，本工程考虑利用固定支架对光伏组件进行安装。以“方阵倾斜角确定固定式”为例：该安装方式具有安全性强的优势，有关人员可根据当地不同季节的不同温度变化特点，对方阵的角度进行选择。当太阳能收集条件满足时，每年仅两次调节仿真倾角即可。与“方阵倾斜角确定固定式”相比，“倾角可调式支架”的成本相对较高，安装的复杂度同样较高，但管理难度相对较低。经安装后的光伏组件倾角，可随着气象条件以及当地的太阳辐射量的变化而变化。为降低管理难度，本工程决定采用“倾角可调式支架”对组件进行安装。

3.1.3 光伏电站保护

为减少电力系统的运行风险，配电网建设过程中，加强对光伏电站的保护是关键。对光伏电站的保护，主要体现在主变间隙保护方面。传统电力系统的保护方式以接地为主，当系统中的变压器≥2台时，仅确保其中1台中性点接地即可，其余通过间隙接地便可达到保护电网的目的。当分布式光伏接入后，有关人员仍可采用主变间隙保护的方式对配电网进行保护。如分布式光伏接入位置为110 kV变电站，则可适当增加保护屏，并设置间隙保护联切装置，利用多个出口压板获取及传输相应的电信号。电信号经过保护屏时，可随之转换为光信号。光信号传输至光伏断路器后，断路器便可实现跳闸，达到保护配电网的目的。

3.1.4 配电网改造

本工程中，分布式光伏接入的配电网电压等级为10 kV。该配电网由110 kV变电站所引出，主变容量为50 MVA，共设置光伏接入点3个，分别采用A、B、C表示。接入的线路中，A、B、C长度均为 1 km。为提高原有配电网与分布式光伏接入的适应性，本工程采用专线接入的方式接入了分布式光伏，其线路型号为LGJ-120。分布式光伏接入后，如配电网电压的波动较大，可通过储备能源的方式提高电压的稳定性，解决闪变等问题。就无功补偿而言，当分布式光伏接入配电网后，变电站电压可在一定程度上升高。如升高量较小，则无需加入无功补偿装置。反之，则应加入新的无功补偿装置，提高系统运行的安全性。

3.2 分布式光伏接入的配电网建设效果

为评估分布式光伏接入的配电网的应用价值，本课题对其经济效益进行了计算，结果显示：

1）线损问题：分布式光伏接入配电网后，电量远程传输明显减少，线损同样有效降低，有助于降低配电网的运行成本，提高电力领域的经济效益。

2）运行压力：分布式光伏接入配电网后，传统电网将获得大量的备用容量。用电峰值及低估时期，电网运行的安全性均将明显提高。

3）故障问题：分布式光伏接入配电网后，一旦线路出现故障，间隙保护动作将立即切断故障电流，使线路重合闸的成功率得以提升，使电网能够持续运行。可见，分布式光伏的接入，对电力系统运行持续性的提升具有重要价值。

4 结语

将分布式光伏接入配电网，可有效提高电网的运行效益，减少资源浪费及环境污染，具有较高的推广价值。未来，建议我国电力领域在分析不同区域电网建设需求的基础上，将分布式光伏接入至配电网中。与此同时，对逆功率进行调控，科学安装光伏组件，加强对光伏电站的保护，并积极进行配电网改造，使分布式光伏接入的价值得以进一步体现。