整縣分布式光伏接入對電網(wǎng)的影響分析

整縣分布式光伏接入對電網(wǎng)的影響分析【摘要】隨著“碳中和，碳達(dá)峰”的國家戰(zhàn)略的提出，國家在大力發(fā)展非化石能源，各省逐漸布局光伏能源的發(fā)展，逐漸推薦整縣的分布式光伏接入。大規(guī)模分布式光伏的接入對電網(wǎng)運行，繼電保護(hù)、電網(wǎng)網(wǎng)架及電能質(zhì)量幾個方面都產(chǎn)生新的影響?！娟P(guān)鍵詞】分布式光伏；繼電保護(hù)；電壓質(zhì)量；配電網(wǎng)隨著能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型，我國在逐步減少對化石能源的依賴，以水電、風(fēng)電、光伏為代表的清潔能源在在電源裝機占比中快速上升。分布式光伏（photovltaic，PV）安裝方便、可利用建筑屋頂土地占用率低、消納方便和污染小等優(yōu)點，分布式光伏在我國被開始大力推廣，尤其是在“雙碳”目標(biāo)下，整縣光伏和城市樓宇等分布式光伏項目進(jìn)展迅速。本文根據(jù)國內(nèi)光伏并網(wǎng)運行現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)研究成果，分析大規(guī)模分布式光伏接入情況下對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響，主要集中在電網(wǎng)運行、繼電保護(hù)、電網(wǎng)網(wǎng)架及電能質(zhì)量幾個方面的分析與解決措施。一、大規(guī)模分布式光伏接入對電網(wǎng)的影響分析窗體頂端1.對低壓配網(wǎng)影響分析

當(dāng)大規(guī)模分布式光伏并網(wǎng)時，實時發(fā)電功率的不斷變化可能帶來各級主配網(wǎng)設(shè)備潮流在正反向中不斷逆轉(zhuǎn)。分布式光伏以配網(wǎng)側(cè)接入為主，但目前380V側(cè)并網(wǎng)的分布式光伏實時發(fā)電數(shù)據(jù)未實現(xiàn)實時監(jiān)控，在未來整縣（區(qū)）光伏接入情況下，該問題將更為普遍且監(jiān)控難度進(jìn)一步加大，由此帶來的電網(wǎng)運行風(fēng)險更加突出，可能導(dǎo)致設(shè)備、斷面不可預(yù)知的過載，甚至影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。2.對繼電保護(hù)的影響分布式光伏并網(wǎng)改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流單向流動的特性。故障時，并網(wǎng)的分布式光伏同大電網(wǎng)一起向故障點提供短路電流。為適應(yīng)分布式光伏規(guī)?；⒕W(wǎng)需求，一般不宜采用配電網(wǎng)發(fā)生故障時快速脫離配電網(wǎng)以保證原有配電網(wǎng)的保護(hù)正確動作的方式，而應(yīng)按照《GB50797光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》，用于大、中型光伏發(fā)電站（以1MWp、30MWp為界分為小型、中型、大型光伏發(fā)電系統(tǒng)）的逆變器應(yīng)具有低電壓穿越功能，如圖1所示。圖1光伏發(fā)電站的低電壓穿越能力要求基于上述規(guī)范，分布式光伏并網(wǎng)接入對電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響主要包括：2.1零序電流保護(hù)的影響廣東配電網(wǎng)一般配置變電站饋線保護(hù)和用戶分界斷路器保護(hù)共2級保護(hù)，具備階段式過電流保護(hù)、零序電流保護(hù)和重合閘功能。由于分布式光伏電源中性點不接地，未改變廣東配電網(wǎng)中性點經(jīng)小電阻接地特性，故零序電流保護(hù)不受影響。南網(wǎng)部分20kV配電網(wǎng)保護(hù)還具備光纖電流差動保護(hù)功能，分布式光伏電源并網(wǎng)會提高光纖電流差動保護(hù)的靈敏度，改善保護(hù)性能。2.1過流電流保護(hù)的影響配電網(wǎng)饋線過電流保護(hù)為不帶方向的純過流保護(hù)，如圖2所示，保護(hù)2所在饋線發(fā)生故障時，若分布式光伏電源提供的短路電流超過保護(hù)1的電流定值，則會造成保護(hù)1誤動。此外，保護(hù)1所在線路發(fā)生故障時，分布式光伏的存在會抬高故障點殘壓水平，導(dǎo)致大電網(wǎng)提供給保護(hù)1的短路電流減少，可能造成保護(hù)1本應(yīng)跳閘而因短路電流達(dá)不到電流定值而拒動。圖2分布式光伏電源并網(wǎng)時其他線路故障時短路電流分布3.對配電主站集中式自愈故障點定位的影響目前，主站集中式自愈依賴于安裝于配電線路上的配電自動化終端來進(jìn)行準(zhǔn)確的故障點定位。主站判別故障點的原則是故障點上游的配電自動化終端有故障指示，故障點下游的配電自動化終端無故障指示。同分布式光伏電源造成配電網(wǎng)饋線保護(hù)誤動的原因一樣，分布式光伏電源也會造成配電自動化終端誤指示。若圖2中保護(hù)1和分布式光伏電源間的線路發(fā)生故障，則二者之間的配電自動化終端均會向配電自動化主站上送故障指示，配電自動化主站根據(jù)指示會判斷故障點發(fā)在在線路最末一個配電自動化終端與分布式光伏電源之間，而實際故障點并不在該區(qū)間內(nèi)。4.對上級110kV變壓器間隙保護(hù)動作的影響當(dāng)110kV變壓器10kV側(cè)并網(wǎng)分布式光伏電源容量較大時，可能導(dǎo)致110kV變壓器間隙保護(hù)動作的風(fēng)險。110kV變壓器非直接接地方式，110kV變壓器10kV側(cè)接有分布式光伏電源時，當(dāng)為其供電的110kV線路出線不對稱接地故障，而110kV線路電源側(cè)保護(hù)動作跳開系統(tǒng)側(cè)斷路器，剩下的小電源、110kV變壓器、110kV故障線路構(gòu)成局部不接地系統(tǒng)，該變壓器高壓側(cè)中性點會出現(xiàn)嚴(yán)重的過電壓，導(dǎo)致110kV變壓器間隙保護(hù)動作，從而使該變壓器所供的全部負(fù)荷損失，擴大事故影響范圍。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)研究成果，當(dāng)110kV變壓器10kV側(cè)并網(wǎng)的分布式光伏電源總發(fā)電功率大于1.04倍同一時刻的該110kV變壓器所供的負(fù)荷功率時，存在110kV變壓器間隙保護(hù)動作的風(fēng)險。而廣東電網(wǎng)珠三角地區(qū)負(fù)荷較重，出現(xiàn)此風(fēng)險概率較低，而粵東西北水電裝機較大，負(fù)荷較輕，出現(xiàn)此風(fēng)險概率較高。對電壓質(zhì)量影響正常情況下電網(wǎng)諧波應(yīng)滿足《GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差》、《GB/T15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差》、《GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡度》、《GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動和閃變》、《GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》、《GB/T24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波》等運行規(guī)程要求。接入光伏后，由于光伏變流器中廣泛使用電力電子器件，容易造成諧波污染。一方面影響附近廠區(qū)敏感負(fù)荷的優(yōu)質(zhì)用電，另一方面影響電網(wǎng)與電站安全可靠運行，降低系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性，高次諧波也會導(dǎo)致設(shè)備過熱、絕緣破壞、逆變器脫網(wǎng)、運行故障等問題。根據(jù)廣州供電局電力試驗研究院目前已完成的3個分布式光伏項目并網(wǎng)性能現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)均存在電能質(zhì)量不合格問題。圖3電能質(zhì)量現(xiàn)場測試不合格典型案例二、解決措施針對以上的主要影響分析，為保障分布式光伏的并網(wǎng)消息，建議從技術(shù)、管理兩個角度采取措施。1.技術(shù)手段1）依據(jù)饋線保護(hù)過電流定值、分布式光伏電源容量等參數(shù)，核算并評估分布式光伏是否會造成饋線過電流保護(hù)誤動作，若是，將配電網(wǎng)饋線過電流保護(hù)設(shè)置為帶方向。2）短期內(nèi)配電自動化主站增加聯(lián)切分布式光伏電源并網(wǎng)斷路器功能，遠(yuǎn)期內(nèi)完善配電自動化主站處理分布式電源并網(wǎng)線路邏輯，利用配電自動化終端上送的方向情況來完成故障點定位、隔離和負(fù)荷恢復(fù)，從而避免分布式光伏電源造成配電主站集中式自愈定位故障點錯誤的問題。2.管理手段1）實現(xiàn)對380V側(cè)光伏發(fā)電電量、功率的分層、分級監(jiān)視和控制。2）做好變電站饋線負(fù)荷功率與所供區(qū)域內(nèi)分布式光伏電源發(fā)電功率的監(jiān)測。3）規(guī)范380V側(cè)光伏并網(wǎng)接入容量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避免超大容量光伏從380V側(cè)接入。4）光伏投資商申請光伏項目并網(wǎng)接入時，對經(jīng)評估可能存在過電壓、無功不足問題的項目，建議光伏投資商試點配置分布式光伏安全擴容裝置、分布式電源無功補償控制器等裝置。5）光伏投資商申請光伏項目并網(wǎng)接入時，敦促其發(fā)函聲明愿意承擔(dān)因光伏項目接入電網(wǎng)可能導(dǎo)致的用戶側(cè)（如廠區(qū)、公共機構(gòu)等）諧波污染、過電壓等電能質(zhì)量和供電可靠性問題的風(fēng)險，與電網(wǎng)公司無關(guān)；若由此產(chǎn)生治理費用按照“誰產(chǎn)生、誰治理”原則由光伏投資商承擔(dān)。6）推動光伏投資商按照《Q/CSG

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分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》、《Q/CSG

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分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范，開展電能質(zhì)量檢測、并網(wǎng)運行適應(yīng)性檢測等工作，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)運行質(zhì)量?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】[1]馬馳章遠(yuǎn)董．我國光伏產(chǎn)業(yè)分析和發(fā)展建議［Ｊ］經(jīng)營與管理，2012（7）[2]許曉艷，黃越輝，劉純，等．分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限的解決