分布式光伏发电系统在配电网中接入方式研究

2022-11-25江西通力电业发展有限公司周锦龙

电力设备管理 2022年10期

江西通力电业发展有限公司周锦龙

1 引言

分布式光伏发电系统较为复杂，需要对光伏发电接入对配电网的影响进行明确，并且采取相应的解决措施，使配电网能够顺利地完成发电。同时，需要注重分布式光伏发电接入系统的设计，使系统具有稳定地的解决条件，对系统的输电损耗进行控制，进而降低接入方式对光伏发电系统的负面影响。

2 分布式光伏发电系统的组成

2.1 系统组成

分布式光伏发电系统的组成较为复杂，由光伏组件、逆变器、输配电系统等部分组成，同时需要具备相应的保护电路，提高系统对故障的应对能力，使系统能够稳定地运行。光伏发电系统的类型较多，包括集中型、分散型等。对于集中型，一般应用于大型发电系统中，使电流能够汇聚于低压母线上，同时采用变压器对电压进行调节，使系统具有完善的运行状态。

对于分散型，主要应用于功率较小的情况，对光伏组件具有较高的要求，需要采用逆变形式对电流进行升压，使配电网能够正常进行供电。光伏发电系统需要具有完善的组成形式，需要确保系统各个部分能够稳定工作，避免出现接入点繁杂的情况，保障配电网电压控制的有效性，使其能够保持良好的工作状态[1]。

2.2 并网方式

分布式光伏发电系统需要注重并网方式的选择，使配电网能够更好地进行接入，提高配电网的接入状态，保障并网方式的合理性。常见的并网方式主要分为以下三种：

第一，自发自用并网。使配网能够处于离线运行的状态，对蓄电池结构具有较高的要求，需要采用蓄电池对多余的电量进行存储，提高电能的利用率，进而保障光伏发电的效率。

第二，全部上网并网。将电能在配电侧进行转化，接着输送到用户侧，使电能能够贯通整个供电网络，可用于规模的供电状况。

第三，余电供电并网。将部分电量由发电农户进行使用，剩余电量输送到配电网中，可以使供电过程形成一定的优先级，使输配电网络输电形式更加的完善，进而使输电效率得到增强。

2.3 逆变器

逆变器是光伏发电的重要组成部分，需要合理对逆变器进行应用，使直流点能够转化为交流电，保障电流能够顺利地输送到配电网中。光伏组件产生的电流具有不规则的特点，需要对电流进行处理，并且建立完善的升压条件，以此来保障配电网电压的稳定性，建立完善的输电状况。为了保障配电网的输电效果，需要注重逆变桥式电路的应用，使直流电压能够得到等效转换，使交流电压供应环境更加的稳定。同时，逆变器还有控制电网发电状态的作用，对电网中的电压、电流进行检测，一旦出现异常输电情况，将会立即产生报警反馈，使光伏发电系统具有稳定的运行条件。另外，逆变器可以对电路起到隔离作用，避免直流侧与交流侧直接接触，对配电网形成有效的电气隔离，提高配电网输电的安全性。

3 分布式光伏发电接入对配电网的影响

3.1 对配电网电压的影响

光伏电源接入配电网后，会引起接入点电压的升高，使电压产生较大的波动，影响电压的稳定性。因而，需要对配电网电压的影响进行探究，便于建立完善的供电关系。其影响主要体现如下：一方面会导致发电容量的增大，导致电压控制难度增加，同时会伴随着电压不稳的情况，需要加强对电压的控制，使电压处于稳定的状态。

另一方面，会造成接入量的减小，致使低压侧与配电网无法形成稳定的供应关系，导致电压容易受到光照强度的影响。另外，还会受到光伏发电自身特性的影响，随着时间的变化，光照强度将会产生一定的变化，发电时间一般在7:00～17:00，光照强度先增加、后减小，而且发电功率与光照强度成正比，进而影响到输电电压的稳定性，无法建立完善的输电状态[2]。

3.2 对配电网短路电流的影响

在配电网发电故障后，将会产生短路电流，对光伏系统具有较大的威胁，导致系统无法稳定地运行。而且，光伏发电接入将会对短路电流造成影响，导致短路的危害增加，具体影响如下：一方面会造成短路电流的激增，增加配电网中元件的损耗，一旦损耗程度过大，配电网将无法正常工作，需要立即投入到维护状态，影响正常供电过程的进行。

另一方面，受到短路电流的影响，配电网的电能转化效率将下降，导致输电功率出现失衡的现象，影响电气元件的正常工作。在短路电流的作用下，对逆变器的影响较为严重，电子器件损害将会加剧。为此，需要做好短路电流的应对工作，对逆变器采取保护措施，降低短路电流对逆变器的影响。

3.3 直流注入

分布式光伏发电接入后，将会产生直流注入现象，对配电网具有较大的危害，需要对直流注入问题引起重视。直流注入主要危害如下：

第一，会对变压设备造成影响，导致励磁电流急剧增加，使变压器无法稳定的工作。

第二，会导致变压器硅钢片的形状发生改变，造成变压器内部磁场不稳定的情况，并且会产生较大的噪声，致使变压器存在运行故障。

第三，会引起用户侧电流出现不对称的现象，导致电气设备出现损坏，因而需要对直流注入的大小进行限制，构建完善的直流注入条件。光伏发电系统的安装较为简单并且维护方便，主要采用非隔离型光伏发电系统，容易受到并网系统工作效率的影响，需要做好并网系统研究工作，对直流注入过程进行控制，保障配电网能够稳定地运行。

4 分布式光伏发电接入的应对措施

4.1 配电网电压应对措施

为了降低配电网电压的影响，需要做好电压的越限处理工作，建立完善的电压应对措施，使光伏发电系统能够正常工作。为了应对电压波动状况，需要注重电压调节器的使用，使配电网电压能够得到充分的调节，提高电压的处理效果，使电压波动的影响能够得到充分的抑制。在电压控制过程中，需要做好相关信息的采集工作，对电压波动的时间段进行调查，进而得出具有针对性的控制手段，使配电网电压的处理更加的有效。

此外，还可以采用光伏电源运行方式进行配电网电压控制，使电压越限问题能够得到有效解决。随着时间的变化，光伏电压处于变化的状况，为了提高配电网电压的稳定性，需要对光伏电源的接入电压进行控制，保障光伏电源具有稳定的电压输出，提高配电网电压的质量[3]。

4.2 配电网短路电流应对措施

短路电流对配电网的影响较大，需要对短路电流进行限制，并且做好电网的保护工作，提高短路电流的控制效果。在光伏发电配电网中，短路电流通常为额定电流的2～4倍，持续时间为1.2～5.0ms，会在极短的时间内对配电网造成危害，因而对应对措施具有严格的要求。在应对方法方面，主要采用以下两种应对方式：

第一，对短路电流进行限制，防止配电网中的电流出现激增，降低短路电流对电气元件的损伤。逆变器的过载能力较低，对短路电流进行控制非常重要，是降低逆变器损耗的有效方法。

第二，需要为配电网增加保护元件。当配电网发生短路电流达到限定值时，对电网及时进行切断，进而对逆变器形成有效地保护，提高逆变器的保护效果，使逆变器具有良好的运行条件。

4.3 直流注入应对措施

直流注入对变压设备的影响较大，需要对直流注入采取应对措施，使变压设备能够稳定地工作。直流注入的应对措施如下：一方面可以采用电容隔离的方式，对直流分量产生屏蔽作用，降低直流信号对配电网的影响。电容隔离应采用半桥逆变电路进行实现，构建平衡的电压条件，抑制直流分量的产生，使直流注入问题能够得到有效解决，充分发挥电容的隔绝直流作用。

另一方面，可以采用检测补偿的方式，对并网电流的直流分量进行补偿，提高对直流分量的抑制效果，构建完善的直流应对条件。在使用该方法时，需要对直流分量进行精确测量，保证直流分量能够得到精准地抵消，进而对直流分量进行控制，防止直流分量注入到配电网中，使配电网具有良好的运行状态。

5 分布式光伏发电接入系统设计

5.1 接入方式

接入方式对于分布式光伏发电系统非常重要，需要构建完善的接入条件，保障配电网能够稳定地工作。在接入方式方面，主要分为上网和离网两种形式。离网方式具有自发自用的特性，使配电网能够进行有效地接入，保障配电网的工作状态。对于上网方式，可以使配电网处于并网运行状态，有助于电能转化过程的进行，使接入方式更加的可靠。在分布式光伏发电过程中，用户输送电能会有一定的剩余，需要将剩余电量重新分配到配电网中，使配电网具有丰富的接入形式，使光伏发电接入系统的设计更加的完善[4]。

5.2 电压等级接入

5.2.1 接入余量上网模式

余量上网模式是重要的接入方式，可以起到节约电能的作用。在供电过程中，可以将对发电余量进行控制，提高供电效果的自发自用能力，使电能处于完善的发电状态，防止电能产生余量浪费。采用余量上网模式时，需要按照电压等级进行接入，当装机容量在8kW 以上时，需要采用三相380V 接入方式；当装机容量低于8kW 时，需要采用单相220V 接入方式。在接线过程中，用户进线应与配电网络建立连接，并且为发电系统配置专门的电缆线，使余量上网模式能够单独发电，提高余量上网模式的应用效果。

5.2.2 离网全部自用模式

光伏发电存在脱离电网的情况，为了保障负荷的持续性，需要采用离网全部自用模式，使配电网能够建立完善连接。在使用离网自用模式时，需要加装防逆流装置，防止引起导送电能的问题，使电能能够稳定地进行工作，建立完善的并网自用效果。离网自用模式的应用成本较低，适用于用电高峰的情况，可以保证用户用电的充足，使光伏发电系统呈现良好的发电状态。离网自用模式适用于300kW以下的输电环境，可以将配电网络应用于企业生产中，使供电网络更加的稳定，进而保障光伏发电的效率。

5.3 技术要求

在接入过程中，需要对接入方式进行选择，建立完善的并网接入形式，提高接入方案的可靠性。首先，需要做好接入系统导线截面的选择，使线路能够更好地投入使用，提高导线对配电网的适应性。以35kW 并网配电网为例，架空导线一般选择双分裂导线，电缆选择单芯电缆，可以保障导线能够稳定地输电，提高配电网对电流的承载力。其次，接入方案需要符合技术要求，需要结合有功功率的功率因素，功率因素应＞0.95，有功功率应达到额定功率的50%以上，进而保障接入方案的合理性。最后，接入方案需要符合电压等级的要求，对母线采用分段接线的方式，并且需要注重保护装置的应用，使光伏发电系统能够更好地投入使用，使其能够符合技术要求。

5.4 二次设计

5.4.1 线路保护

线路保护对于接入系统二次设计非常重要，需要对线路采取全面保护措施，使配电网能够安全运行。为了提高线路的保护效果，需要在公共连接点处设置保护器。通过这种方式，当配电网发生短路时，可以及时对线路进行切断，降低短路电流对配电网的影响，提高光伏发电系统运行的稳定性。同时，保护器可以解决配电网的过载问题，降低配电网发生异常故障的风险，使线路的运行更加的稳定，营造良好的线路运行基础。为了对配电网中的电流进行控制，还需要注重过流保护装置的使用，对配电网进行全面地过流保护，提高线路的保护效果。在保护装置的作用下，可以对故障线路及时进行切断，使线路故障能够得到迅速处理，降低故障对配电网的影响[5]。

5.4.2 母线保护

分布式光伏发电系统中存在着母线线路，一旦母线出现问题，将会对配电网的整体造成影响，需要建立完善的母线保护措施。母线一般具有专门的保护装置，使母线与配电网能够建立稳定的连接，保障母线能够正常工作。母线对于配电网较为重要，需要注重综合自动化测控装置的应用，对母线进行全面地保护。通过测控装置，可以对母线的运行状态进行有效监控，使保护措施更加的严格，提高保护方式的实时性，提高母线保护措施的执行效果。在母线保护方面，需要采取主动保护原则，使母线能够处于安全的输电状态，同时保障母线具有良好的重合闸功能，提高母线通断的控制能力，对母线实施有效地保护。

5.4.3 孤岛检测

光伏发电逆变器需要具有孤岛检测的功能，应对配电网中的孤岛效应，提高配电网保护能力。逆变器发生故障的概率较大，需要对孤岛效应引起重视，一旦检测出孤岛现象，需要将逆变器及时进行断开，使配电网能够得到有效的隔离。在保护装置方面，通常采用继电保护装置，可以迅速地对线路实施隔离，在电路保护方面具有重要应用。当线路中的电压幅值超出限定值时，保护器将会对故障线路及时进行控制，使孤岛效应得到及时解决。在孤岛故障中存在着电压异常的情况，需要做好配电网电压的控制工作，使配电网具有完善的工作状态，进而降低孤岛效应对光伏发电系统的影响。

5.5 电气设备选择

5.5.1 动力及照明

为了使分布式光伏发电系统易于维护，需要做好动力及照明设备的选择工作，使配电网能够得到完善地管理。一方面需要为配电网增加通风设施，提高供电系统环境的散热能力，降低温度对输电线路的影响，使输电方式更加的完善。另一方面，需要做好照明设备的安全，需要采用节能化的照明形式，提高照明结构的合理性。照明系统采用双控开关进行设计，使照明设备的控制更加的方便，构建完善的照明环境。动力及照明采用三相五线制系统，供电均来自站内用电，使电能能够得到充分地利用。实现良好的动力照明效果。

5.5.2 防雷接地

分布式光伏发电系统需要做好防雷接地工作，降低配电网遭受雷击的风险，提高电网对雷电的防护能力。为了对配电网进行防雷保护，需要在附近安装避雷针，使雷电能够得到及时引流，对配电网形成有效地保护。为了形成完善的防雷体系，需要做好建立完善的接地措施，采用热镀锌扁钢进行接地，同时与地下主接地网相连。接地电阻需要控制在4Ω 以内，使接地系统能够更加稳定地运行，保障接地保护措施的有效性。另外，需要做好接地装置的防锈工作，防止锈蚀现象使接地电阻增加，导致避雷装置失去防雷作用，影响防雷装置的正常运行。