光伏電站接入電網(wǎng)技術

1、0高高 松松江蘇省電力公司電力科學研究院規(guī)劃評審中心江蘇省電力公司電力科學研究院規(guī)劃評審中心2011-11-31 2 國家標準： 光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術要求 GB/T 199392005； 光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定 GB/T 199642005；國家電網(wǎng)公司技術標準： 光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定（國家電網(wǎng)科2011663號） 本文在上述相關規(guī)程規(guī)定的基礎上，進一步從電網(wǎng)企業(yè)運行管理、電能質量控制以及光伏電站經(jīng)濟運行的角度出發(fā)，探討光伏電站接入電網(wǎng)的方式，以及光伏電站接入系統(tǒng)必須滿足的一些約束條件，并從江蘇電網(wǎng)實際出發(fā)，以滿足這些約束為條件，得出江蘇電網(wǎng)各容量光伏電站所建議對應的接入電壓等級。3

2、光伏電站主要由太陽能電池組、并網(wǎng)逆變器、電網(wǎng)接入系統(tǒng)等構成。 太陽能電池分成若干陣列，經(jīng)光照后輸出直流電力，通過逆變器逆變?yōu)榻涣鬏敵?，匯集后并入電網(wǎng)。4結構簡單、重量輕、造價較低且效率較高（98左右）太陽電池板與電網(wǎng)沒有電氣隔離，對人身安全不利。對于太陽電池組件乃至光伏發(fā)電系統(tǒng)的絕緣有較高要求，容易出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。無變壓器隔離的大功率三相并網(wǎng)逆變器（輸出電壓可以從270V400V）5 采用工頻變壓器隔離的大功率三相并網(wǎng)逆變器（輸出電壓為400V） 安全性好 可以直接隔離直流分量，避免其輸入電網(wǎng)。 造價較高，效率相對較低（97左右）。6 根據(jù)從日出到日落的日照條件，盡量發(fā)揮太陽能電池方陣輸出功率的

3、潛力，在此范圍內實現(xiàn)自動開始和停止。 l 自動開關自動開關7光伏電池電氣特性（光照、溫度均恒定時）光伏電池MPP隨溫度變化曲線光伏電池MPP隨光輻射變化曲線 最大功率跟蹤控制（MPPT）對跟隨太陽能電池方陣表面溫度變化和太陽光照度變化而產(chǎn)生出的輸出電壓和電流變化進行跟蹤控制，使方陣經(jīng)常保持在最大輸出的工作狀態(tài)，以獲得最大的功率輸出。l 最大功率跟蹤（最大功率跟蹤（MPPT）控制）控制8 當接口電壓（含單相）不在允許的范圍內，光伏系統(tǒng)應在規(guī)定的時限內跳開與電網(wǎng)的連接，停止送電。l 電網(wǎng)頻率過電網(wǎng)頻率過/欠頻率欠頻率 當檢測到電網(wǎng)側發(fā)生短路時，光伏電站向電網(wǎng)輸出的短路電流應不大于額定電流的150。

4、l 電網(wǎng)電壓過電網(wǎng)電壓過/欠壓欠壓5HZ范圍時，光伏系統(tǒng)應在0.2s以內跳開與電網(wǎng)當電網(wǎng)頻率超過的連接，停止送電。l 交流輸出短路保護交流輸出短路保護9電網(wǎng)失壓時，光伏電站仍保持對失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)稱為孤島現(xiàn)象。 孤島現(xiàn)象分為非計劃性孤島現(xiàn)象和計劃性孤島現(xiàn)象。 所有并網(wǎng)逆變器中全部同時具有兩種孤島現(xiàn)象檢測技術：被動檢測主動式檢測l 孤島現(xiàn)象保護孤島現(xiàn)象保護10諧波直流分量l 目前，逆變器中，抑制并網(wǎng)電流諧波的方法有：1. 拓撲結構選擇： L-C ，L-C-L2. 電感和電容參數(shù)的設計3. 控制算法，PWM驅動方式4. 采樣精度5. 運算精度逆變過程中：11l 直流隔離功能目

5、前，美國及德國對沒有內部集成隔離變壓器的逆變器，強制要求另行裝設隔離變。但歐洲（除德國外）及我國對此均沒有強制性要求。逆變器主要通過加裝隔離變壓器來實現(xiàn)隔離直流的功能。目前，大部分250kW及以下三相逆變器都將隔離變壓器集成在柜內。對于沒有集成隔離變壓器的逆變器，可以應用戶要求再另外裝設。逆變器主要通過加裝隔離變壓器來實現(xiàn)隔離直流的功能。12 （a） 專線接入方式 （b）支接方式 專線：原則上送出線路應進入變電站間隔，且變電站間隔內一、二次設備齊全。支接：不是從變電站間隔內直接引出，而是從一條線路上或環(huán)網(wǎng)柜中引出一個分支進行供電，分支點沒有斷路器、CT等電氣設備。13 l 對運行管理方面的影響

6、 光伏電站采用專線接入系統(tǒng)，運行管理相對簡單。而光伏電站支接入某條饋線，單電源線路變化成為雙電源線路，增加了運行檢修難度。并且，由于配網(wǎng)運行方式的變化較大，伴隨著被支接線路或其他相關線路運行方式的變化，可能會導致不同的多條線路由單電源線路變成雙電源線路，這也大大增加了運行管理難度。14 l 對配電網(wǎng)保護的影響 光伏電站通過支接方式接入，則可能使配電網(wǎng)原有保護失去作用。 對電流保護的影響：可能會導致本線路保護動作的靈敏性降低，也可能會導致本線路保護誤動作以及相鄰線路的瞬時速斷保護失去選擇性 對熔斷器保護的影響 ：單電源變成多電源網(wǎng)絡，要求其保護裝置應具備方向性，因為傳統(tǒng)熔斷器不具備方向性，故需要

7、改造該線路上的傳統(tǒng)熔斷器保護裝置。逆功率流對計量裝置的影響 ：可能致使原線路潮流反向流動，需要改造原有計量裝置。更嚴重的情況是，配網(wǎng)運行方式改變后，其它線路的計量也會涉及到該問題，需要隨之更換。 15 由以上分析可見，光伏電站通過專線接入對電網(wǎng)影響較小。但是，大量的專線接入對電網(wǎng)資源（間隔資源等）需求過大，在接入設計中，應進行詳細的技術經(jīng)濟方案論證，經(jīng)濟性具有較大優(yōu)勢的情況下，也可采用支接方式接入電網(wǎng)，在其投入運行后，加強管理，以減少對配電網(wǎng)的影響。16 國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定中要求光伏電站接入系統(tǒng)后，在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量電壓不平衡度、直流分量、電壓波動和閃變

8、等方面應滿足相關標準。 逆變器主要通過加裝隔離變壓器來實現(xiàn)隔離直流的功能。目前，大部分250kW及以下三相逆變器都將隔離變壓器集成在柜內。對于沒有集成隔離變壓器的逆變器，可以應用戶要求再另外裝設。17 綜合而言，光伏電站接入電網(wǎng)時，應主要考慮對配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓綜合而言，光伏電站接入電網(wǎng)時，應主要考慮對配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓波動、諧波、電壓損耗等方面的影響。波動、諧波、電壓損耗等方面的影響。 另一方面，對于并網(wǎng)電壓等級在另一方面，對于并網(wǎng)電壓等級在20kV及以下的光伏電站，由于及以下的光伏電站，由于其明顯的分布式電源特征，接入時還應滿足接入容量比的要求。其明顯的分布式電源特征，接入時還應滿足接入容量比的要

9、求。 電壓不平衡度則與站內光伏電池組布置及逆變器接線緊密相關，設計經(jīng)驗表明，大中型光伏電站一般采用三相逆變器，這類電站只要光伏電池組布置得當，則電壓不平衡較??；江蘇電網(wǎng)部分小型光伏電站采用了單相逆變器，這類電站通過在每相上各連接一臺逆變器組成三相系統(tǒng)，對于這類電站，必須得有保護裝置保證相關單相逆變器同切同投，以滿足電壓不平衡度的要求。18 maxpcc%()dkG tguGS式中，為光伏電站輸出電壓和電流相位差，功率因數(shù)取0.98；為PCC點最小短路容量，MVA； 為光伏電站接入容量，MWp；光伏電站輸出功率不穩(wěn)定，隨日照強度、溫度等自然因素變化。光伏電站接入系統(tǒng)后，配電網(wǎng)PCC點（公共連接點

10、）電壓波動采用下式計算。 19 式中，Ipvh為光伏電站注入電網(wǎng)的第h次諧波值（考慮逆變器濾波模塊后的諧波發(fā)生量），A；Sk為基準短路容量，MVA；St 為PCC點供電設備容量，MVA；a為不同諧波源在同一節(jié)點引起同次諧波的相位迭加系數(shù)。光伏電站輸出的諧波大多源于直流逆變?yōu)榻涣鞯倪^程。因此，逆變器輸出的諧波電流值是分析光伏電站注入配電網(wǎng)PCC點諧波的基礎。通常，逆變器廠家提供的諧波電流百分比是在滿功率輸出時測試所得，隨著輸出功率減小，諧波電流百分比呈現(xiàn)逐漸增大趨勢。綜合而言，諧波電流數(shù)值還是滿功率時最大，計算時一般以逆變器滿功率輸出時的諧波電流校驗諧波水平。光伏電站注入電網(wǎng)的諧波量應滿足下式。

11、 1pccvh()coskphktSGIISS20 為保證光伏電站公共接入點供電電壓滿足用戶需要，光伏電站并網(wǎng)線路越長，并網(wǎng)線路沿線各點的電壓畸變越嚴重，電壓損耗越大。為保證光伏電站并網(wǎng)的經(jīng)濟性，接入系統(tǒng)引起的線路電壓損耗應滿足下式。002%5%1%()10NuuRX tgGlU21 并網(wǎng)電壓等級在20kV及以下的光伏電站，一般可認為是較為典型的分布式電源，其產(chǎn)生的電能應就地消納。江蘇電網(wǎng)負荷特性表明，就同一變電站而言，目前的最小負荷一般為其最大負荷的3040%，最低可低至25%。 從電能就地消納，避免倒送至上級電網(wǎng)，光伏電站總裝機容量不宜超過上一級變壓器容量的20%或最大負荷的25%。22 光伏接入系統(tǒng)總體上受電壓波動、諧波影響、電壓損耗及接入容量比等條件的制約。具體反映在工程實踐中，將主要影響其接入系統(tǒng)的電壓等級和接入點（接入線路長度）的選取。 以電壓波動制約為例，江蘇電網(wǎng)10kV電網(wǎng)最小短路容量一般不超過350MVA，110kV最小短路容量一般不超過2000MVA，若20MWp光伏電站接入10kV電網(wǎng)，電壓波動將超過國標