作者/劉前軍，囯網(wǎng)山東省電力公司平原縣供電公司

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互影響探究

作者/劉前軍，囯網(wǎng)山東省電力公司平原縣供電公司

光伏發(fā)電系統(tǒng)是目前新興的發(fā)電技術(shù)的重要應(yīng)用，與風(fēng)電、水電共同作為新能源發(fā)電的代表，在現(xiàn)階段發(fā)電廠中占有重要位置。本文將針對目前分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和并網(wǎng)接入方式進(jìn)行研究并闡述，結(jié)合光伏發(fā)電與傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)之間因存在的信息覆蓋、數(shù)據(jù)隔離問題，對二者之間的交互影響進(jìn)行論述，同時對并網(wǎng)管理提出建議。

新能源；發(fā)電系統(tǒng)；配電網(wǎng)絡(luò)；并網(wǎng)管理

前言

新能源是在世界能源出現(xiàn)嚴(yán)重的情勢下被提出，并受到各國專家認(rèn)可的理論，新能源的選擇和應(yīng)用既需要具備能源含量巨大的特點，同時在使用過程中也不能夠?qū)Νh(huán)境造成污染。在全球能源的研究中，太陽能能源以其具有的豐富性和可靠性受到電力研究者的廣泛關(guān)注，經(jīng)過多年的研究和實踐，光伏發(fā)電已經(jīng)逐漸得到了應(yīng)用，并在新能源產(chǎn)業(yè)當(dāng)中具有重要地位。

1.分布式光伏的并網(wǎng)接入

■1.1 光伏系統(tǒng)構(gòu)成

對于一般的光伏系統(tǒng)來說，可以根據(jù)其發(fā)電方式分為離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩種類型，其中離網(wǎng)型是一種孤立的發(fā)電系統(tǒng)，不與常規(guī)電力系統(tǒng)相互連接，其構(gòu)造包含控制器、蓄電池組、逆變器、光伏電池陣列構(gòu)成，以其特點，主要應(yīng)用于鄉(xiāng)村、高原、荒漠和海島，這些地區(qū)公用電網(wǎng)難以覆蓋；而并網(wǎng)型系統(tǒng)則是與常規(guī)電力系統(tǒng)相連接，將系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)并入到傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，實現(xiàn)電力能源利用的最大化。其構(gòu)成結(jié)構(gòu)主要包括有系統(tǒng)控制器、光伏方陣、并網(wǎng)逆變器等，這種類型的光伏系統(tǒng)根據(jù)密集程度還可劃分為分布式光伏電站和集中式光伏電站兩種，本文進(jìn)行研究的正式并網(wǎng)型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。

■1.2 光伏系統(tǒng)特征

在現(xiàn)階段的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，由于選擇使用的控制器不同，因此可以分為單極式并網(wǎng)和兩級式并網(wǎng)兩種類型[1]。這兩種并網(wǎng)方式各具特點，具體內(nèi)容如表1所示。

■1.3 并網(wǎng)接入方式

在國網(wǎng)典型設(shè)計當(dāng)中，關(guān)于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入方式多達(dá)十三種，并形成了并網(wǎng)方式數(shù)據(jù)庫。在這十三種方式之中，最為常見的為模糊匹配技術(shù)。模糊匹配技術(shù)的實現(xiàn)首先要基于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的全參數(shù)量化，從而使接入容量、電壓等級、配網(wǎng)拓?fù)涞葍?nèi)容能夠進(jìn)行分級排序，從而實現(xiàn)模糊函數(shù)的建模，計算出并網(wǎng)規(guī)則和相對閾值，從而使設(shè)計方案能夠針對具體的并網(wǎng)需求做出最優(yōu)選擇。以光伏電池的輸出選擇為例，在進(jìn)行并網(wǎng)接入設(shè)計的時候，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)需要優(yōu)先考慮并網(wǎng)的配電網(wǎng)絡(luò)所在地區(qū)的光照條件，利用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行建模仿真。本文對我國某省份的實例光伏發(fā)電進(jìn)行了并網(wǎng)設(shè)計，首先選用MPPT算法形成S函數(shù)，太陽能電池模塊參數(shù)依照海納多晶硅SW–260W–P型號進(jìn)行了確定，并在標(biāo)準(zhǔn)溫度下對該地區(qū)光照強(qiáng)度進(jìn)行了仿真，從而分別得出了開路電壓、短路電流、最大功率點電壓等數(shù)值，為電池選型和光伏陣列提供了數(shù)據(jù)支持。

表 1 兩種并網(wǎng)方式的比較

2.光伏發(fā)電對配電網(wǎng)絡(luò)影響

■2.1 配電網(wǎng)絡(luò)短路影響

在分布式的光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，光伏電源擁有穩(wěn)態(tài)等值，因此本文在針對配電網(wǎng)絡(luò)所擁有的等效電壓源加抗阻的形式當(dāng)中，利用模型的方法，對短路電流進(jìn)行計算，最終得出了光伏電源容量在并網(wǎng)接入后對配電網(wǎng)絡(luò)短路電流的影響。圖1為一種光伏發(fā)電在配電網(wǎng)絡(luò)中的模型。

圖中，對各個部分分別進(jìn)行設(shè)置。其中，系統(tǒng)電源為SG，分布式光伏電源為PV，ES、XS、EPV、XPV分別為系統(tǒng)等小電源相電壓、系統(tǒng)等效阻抗、分布式光伏電源電壓、分布式光伏等效阻抗。通過圖示可以對等效阻抗和電源容量的關(guān)系進(jìn)行表達(dá)，設(shè)常量系數(shù)a，則有XPV=a/SPV。

圖 1 配電網(wǎng)等值模型

在線路當(dāng)中，ES、EPV、E三者在忽略線路電阻時假設(shè)相等，則線路中AB、BC、CD、AE四項阻抗則可以分別指代X1、X2、X3、X4，本文以K1點短路故障為例進(jìn)行推導(dǎo)，則保護(hù)1的流經(jīng)電流可以表示為：

式中通過I來表示系統(tǒng)線路參數(shù)，通過公式的電流計算可以得出結(jié)論，當(dāng)K1發(fā)生故障時，由于短路，保護(hù)1的短路電流將不再受到光伏電源影響，正常工作，但保護(hù)2與保護(hù)3則會由于光伏電源的影響形成反孤島，并與電網(wǎng)斷開[2]。

■2.2 配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護(hù)影響

在繼電保護(hù)中，配電網(wǎng)絡(luò)需要通過分布式光伏電源將饋線中間母線C進(jìn)行接入，這使得在電路當(dāng)中，發(fā)生三相短路故障時，容易造成短路電流和電源容量之間大小關(guān)系表現(xiàn)為繼電保護(hù)故障。在圖2所示的10kV配電網(wǎng)中，K1，K2、K3三相短路故障，分別出現(xiàn)在0.4sAB端、0.4sCD端、0.4sAE線路末端，故障持續(xù)時間均為0.2s，通過研究和比對可以看出，K1點故障對電流并未產(chǎn)生影響，K2點故障發(fā)生時保護(hù)3短路電流增大，從而出現(xiàn)瞬時電流速斷保護(hù)動作，并將保護(hù)范圍延伸至下一線路。K3點故障后，保護(hù)2短路電流先減后增，表明分布式光伏發(fā)電電源容量過小，致使反向電流朝負(fù)荷方向注入，且流經(jīng)AB、BC反向，繼而逐漸增大。

圖 2 10kV配電網(wǎng)絡(luò)

3.并網(wǎng)管理方式的實現(xiàn)

■3.1 運(yùn)檢安全

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行并網(wǎng)時，一般會選擇標(biāo)準(zhǔn)通訊接口方式，利用TCP/IP以及IEC60870–5104協(xié)議，進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)絡(luò)之間的交互，從而實現(xiàn)一體化建設(shè)。在管理一體化中，首先應(yīng)當(dāng)具備并網(wǎng)安全評價、電能質(zhì)量監(jiān)測、狀態(tài)實時分析的功能，配合模型分析，實現(xiàn)對非計劃孤島、反孤島故障的信息整理，并為后續(xù)檢修提供支持。

■3.2 計量監(jiān)管

分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)安全管理還可以與電力系統(tǒng)當(dāng)中的營銷系統(tǒng)相互結(jié)合，通過營銷系統(tǒng)的功能，對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的關(guān)鍵發(fā)電數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)對光伏騙補(bǔ)用戶進(jìn)行識別，從而使計量內(nèi)容更加規(guī)范，計量的監(jiān)管也更加科學(xué)合理[3]。

■3.3 信息監(jiān)測

為了實現(xiàn)因分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造成的配電網(wǎng)絡(luò)安全故障的及時查看檢修，需要運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對光伏系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模、并網(wǎng)方式、系統(tǒng)拓?fù)淝闆r進(jìn)行具體的統(tǒng)計和整理，本文利用了B/S數(shù)據(jù)架構(gòu)以及操作系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)了安全認(rèn)證的消息總線之下，實時數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。在實際的發(fā)電工作過程中，數(shù)據(jù)庫技術(shù)和操作系統(tǒng)可以利用數(shù)據(jù)架構(gòu)實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的調(diào)閱，并為用戶提供良好的交互體驗，同時為決策者提供決策指標(biāo)，服務(wù)與運(yùn)行調(diào)度。以本文所研究的省級電網(wǎng)為例，該電網(wǎng)就已經(jīng)采用了現(xiàn)今的故障分析系統(tǒng)，利用運(yùn)行數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫的對比，進(jìn)行分析和故障診斷，從而為故障檢修提供幫助。

4.結(jié)論

雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)作為新型的情節(jié)能源在發(fā)電領(lǐng)域擁有十分廣泛的應(yīng)用，但是相較于離網(wǎng)型光伏發(fā)電，并網(wǎng)型光伏發(fā)電在并入之后，可能會由于系統(tǒng)中電源的特性造成短路和繼電保護(hù)故障，本文在研究中通過建模的方式發(fā)現(xiàn)了這一點，并為今后配電網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行提供了并網(wǎng)管理的建議，大型電網(wǎng)可以領(lǐng)用信息系統(tǒng)對配電故障進(jìn)行監(jiān)測，及時處理。

＊ [1]黃宜林.分布式光伏并網(wǎng)管理的要點分析[J].能源與節(jié)能,2017,(08):91-92.

＊ [2]宋濤. 光伏電站接入對配電網(wǎng)保護(hù)的影響[D].華北電力大學(xué)(北京),2016.

＊ [3]崔紅芬,汪春,葉季蕾. 多接入點分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互影響研究[J/OL].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2015,43(10)