蔡德福，汪 鵬，閆秉科，萬(wàn) 黎，曹 侃，葉 暢，饒渝澤，王 瑩

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢430077；2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢430077）

0 引言

近年來(lái)，湖北省以風(fēng)、光為主的新能源開發(fā)利用增速較快［1-3］。截至2019年底，湖北風(fēng)電、光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量10 267.1 MW，主要接入110 kV及以下電網(wǎng)，其中接入110 kV 電網(wǎng)6 782 MW，占比66.1%；接入35 kV及以下電網(wǎng)3 303 MW，占比32.2%。同時(shí)全省風(fēng)光資源分布不均，優(yōu)質(zhì)資源相對(duì)集中，使得風(fēng)光資源開發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)黃岡、孝感、隨州等局部區(qū)域接入較為集中。部分地區(qū)新能源無(wú)法在配電網(wǎng)就地消納，出現(xiàn)向主網(wǎng)倒送功率現(xiàn)象，甚至發(fā)生潮流和電壓越限等問題，影響到配電網(wǎng)的安全運(yùn)行［4-7］。

受光照資源時(shí)間分布不均衡和氣象變化的影響，分布式光伏的輸出具有隨機(jī)性、波動(dòng)性、間歇性的特點(diǎn)，其可調(diào)可控性較差。隨著分布式光伏裝機(jī)容量的不斷增加，分布式光伏發(fā)電呈現(xiàn)“點(diǎn)多面廣、局部高密度并網(wǎng)”的特點(diǎn)［8］，分布式光伏與配電網(wǎng)之間的交互影響日益明顯，包括分布式光伏對(duì)配電網(wǎng)的影響和配電網(wǎng)對(duì)分布式光伏的影響兩方面［9-17］。分布式光伏大規(guī)模高密度并網(wǎng)將影響配電網(wǎng)的無(wú)功調(diào)節(jié)［18-20］、電能質(zhì)量［21-23］、保護(hù)配置［24-26］、發(fā)電規(guī)劃［27-29］等規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行的各個(gè)方面；同時(shí)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響呈現(xiàn)“局部向全局發(fā)展、配電網(wǎng)向主網(wǎng)延伸”的趨勢(shì)。

國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新能源場(chǎng)站以及分布式電源的電壓和頻率耐受能力原則上與同步發(fā)電機(jī)組的電壓和頻率耐受能力一致［30］。本文首先介紹了分布式光伏涉網(wǎng)技術(shù)要求，對(duì)湖北省接入35 kV和10 kV電壓等級(jí)的分布式光伏項(xiàng)目的電壓和頻率耐受能力進(jìn)行了多維度分析，著重分析了不滿足頻率響應(yīng)要求和不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求的分布式光伏項(xiàng)目情況，并提出了相應(yīng)的整改建議。

1 分布式光伏涉網(wǎng)技術(shù)要求

分布式電源是指接入35 kV 及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)、位于用戶附近，在35 kV及以下電壓等級(jí)就地消納為主的電源，包括同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、變流器等類型電源。分布式光伏為變流器類型電源，其涉網(wǎng)技術(shù)要求如下［31］：

1）當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)頻率在49.5 Hz～50.2 Hz范圍之內(nèi)時(shí)，分布式光伏應(yīng)能正常運(yùn)行。

2）分布式光伏應(yīng)具備一定的耐受系統(tǒng)頻率異常的能力，能夠在表1 所示的電網(wǎng)頻率范圍內(nèi)按規(guī)定運(yùn)行，并應(yīng)按表1要求進(jìn)行頻率保護(hù)配置。

表1 分布式光伏的頻率響應(yīng)時(shí)間要求Table 1 Frequency response time requirements of distributed photovoltaic

3）當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓在標(biāo)稱電壓的85%～110%時(shí)，分布式光伏應(yīng)能正常運(yùn)行。

4）當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)處電壓超出表2規(guī)定的電壓范圍時(shí)，應(yīng)在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)停止向電網(wǎng)線路送電。

表2 電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求Table 2 Voltage protection action time requirements

表2 中UN為分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)的電網(wǎng)額定電壓；最大分閘時(shí)間是指異常狀態(tài)發(fā)生到電源停止向電網(wǎng)送電的時(shí)間。

分布式光伏的頻率響應(yīng)時(shí)間和電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般可通過對(duì)逆變器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置來(lái)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但有時(shí)受制于逆變器的過流和絕緣水平，無(wú)法通過調(diào)整逆變器的參數(shù)設(shè)置使其滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求。

2 湖北省分布式光伏電壓和頻率耐受能力

本次共核查分布式光伏項(xiàng)目703 個(gè)，容量共計(jì)1 052.48 MW，其中接入10 kV 的701 個(gè)，接入35 kV 的2 個(gè)；直接接入公共電網(wǎng)的693 個(gè)，接入用戶側(cè)的10個(gè)；涉及逆變器數(shù)量共12 215 個(gè)。各地市公司分布式光伏項(xiàng)目情況如表3所示。其中十堰地區(qū)分布式光伏項(xiàng)目數(shù)量最多、容量最大、逆變器數(shù)量最多。

表3 各地市公司分布式光伏項(xiàng)目Table 3 Distributed photovoltaic of different power supply companies

通過核查，共查出62個(gè)分布式光伏項(xiàng)目不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求，占核查分布式光伏項(xiàng)目的8.8%；涉及容量共計(jì)212.51 MW，占總?cè)萘康?0.2%；涉及逆變器1 523個(gè)，占逆變器總數(shù)的12.5%。

共有20 個(gè)分布式光伏項(xiàng)目不滿足頻率響應(yīng)時(shí)間要求，占核查分布式光伏項(xiàng)目的2.8%，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求分布式光伏項(xiàng)目的33.3%；涉及容量共計(jì)77.77 MW，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求分布式光伏項(xiàng)目總?cè)萘康?8.8%；涉及逆變器519 個(gè)，占逆變器總數(shù)的4.2%，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求逆變器總數(shù)的34.3%。

共有61 個(gè)分布式光伏項(xiàng)目不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求（其中19個(gè)分布式光伏項(xiàng)目既不滿足頻率響應(yīng)時(shí)間要求也不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求），占核查分布式光伏項(xiàng)目的8.7%，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求分布式光伏項(xiàng)目的98.4%；涉及容量共計(jì)210.11 MW；涉及逆變器1 432個(gè)，占逆變器總數(shù)的11.7%。不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的分布式光伏項(xiàng)目共涉及8 家地市公司，其中黃岡公司最多，為17個(gè)。

不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的主要逆變器廠家分布情況如表4 所示，其中不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的逆變器數(shù)量排名前3 的廠家為華為（476 個(gè)逆變器，占比31.5%）、科士達(dá)（408 個(gè)逆變器，占比26.8%）、陽(yáng)光電源（157 個(gè)逆變器，占比10.4%）。

表4 不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的主要逆變器廠家Table 4 Major inverter manufacturers that do not meet grid-related technical requirements

3 不滿足頻率響應(yīng)時(shí)間要求的分布式光伏

不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行10 min要求的分布式光伏項(xiàng)目7個(gè)，涉及逆變器260個(gè)，涉及容量總計(jì)25.25 MW，其中咸寧地區(qū)3 個(gè)，涉及容量為15.6 MW，荊州地區(qū)4 個(gè)，涉及容量為9.65 MW。不滿足50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行2 min要求的分布式光伏項(xiàng)目18 個(gè)（其中5 個(gè)分布式光伏項(xiàng)目同時(shí)不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz 和50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行的時(shí)間要求），涉及容量總計(jì)60 MW，涉及逆變器269個(gè)。不滿足頻率響應(yīng)時(shí)間要求的20 個(gè)分布式光伏項(xiàng)目在各地市公司分布情況如圖1所示，涉及4家地市公司，其中黃岡地區(qū)最多，均為不滿足50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行2 min的要求。

圖1 不滿足頻率響應(yīng)要求的分布式光伏項(xiàng)目Fig.1 Distributed photovoltaic projects that do not meet frequency response time requirements

不滿足頻率響應(yīng)時(shí)間要求的20 個(gè)分布式光伏項(xiàng)目中，主要以不滿足50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行2 min 要求為主。只有7 個(gè)項(xiàng)目不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行10 min要求，在該頻率范圍內(nèi)只能運(yùn)行5 min，涉及容量總共為25.25 MW，分布在咸寧和荊州地區(qū)。

4 不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求的分布式光伏

不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求的分布式光伏項(xiàng)目如表5 所示，其中不滿足U＜50%UN最大分閘時(shí)間不超過0.2 s 要求的分布式光伏項(xiàng)目數(shù)量最多，為44 個(gè)；不滿足110%UN＜U＜135%最大分閘時(shí)間不超過2.0 s要求的分布式光伏逆變器數(shù)量最多，為792個(gè)。

表5 不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求的分布式光伏項(xiàng)目Table 5 Distributed photovoltaic projects that do not meet voltage protection action time requirements

部分同一分布式光伏項(xiàng)目的不同逆變器所不滿足的電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求不同，如咸寧地區(qū)的西湖光伏電站1 號(hào)逆變器的U＜50%UN最大分閘時(shí)間實(shí)際為0.5 s，不滿足0.2 s 的要求，2 號(hào)～32 號(hào)逆變器的110%UN＜U＜135%UN最大分閘時(shí)間實(shí)際為3 s，不滿足2.0 s 的要求。部分分布式光伏項(xiàng)目同一逆變器同時(shí)不滿足多個(gè)電壓范圍的保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求，如荊門地區(qū)寅泰萬(wàn)華家居光伏（一期）逆變器的U＜50%UN最大分閘時(shí)間實(shí)際為1.25 s，不滿足0.2 s 的要求，110%UN＜U＜135%UN最大分閘時(shí)間實(shí)際為15 s，不滿足2.0 s 的要求。不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求的61 個(gè)分布式光伏項(xiàng)目在各地市公司分布情況如圖2 所示，其中荊州、黃岡地區(qū)的分布式光伏項(xiàng)目最多。

圖2 分布式光伏項(xiàng)目分布情況Fig.2 The distribution of distributed photovoltaic projects

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)湖北省703個(gè)分布式光伏項(xiàng)目的電壓和頻率耐受能力進(jìn)行核查分析，發(fā)現(xiàn)共有62個(gè)分布式光伏項(xiàng)目不滿足相關(guān)要求，涉及容量212.51 MW，涉及逆變器1 523個(gè)，其中不滿足相關(guān)要求的逆變器廠家主要為華為、科士達(dá)和陽(yáng)光電源。不滿足頻率響應(yīng)時(shí)間要求的分布式光伏項(xiàng)目有20 個(gè)，其中不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行10 min 要求的有7 個(gè)，涉及容量25.25 MW；不滿足50.2 Hz ＜f ≤50.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行2 min要求的有18個(gè)，涉及容量60 MW。不滿足電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間要求的分布式光伏項(xiàng)目有61個(gè)，主要體現(xiàn)在不滿足U＜50%UN最大分閘時(shí)間不超過0.2 s 要求（有44個(gè)）和不滿足110%UN＜U＜135%UN最大分閘時(shí)間不超過2.0 s要求（有21個(gè)）。

對(duì)于不滿足相關(guān)要求的分布式光伏項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)置逆變器的頻率響應(yīng)時(shí)間和電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間參數(shù)。若分布式光伏逆變器不具備電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間參數(shù)調(diào)整設(shè)置條件，建議采取針對(duì)性的技術(shù)改造措施。

隨著光伏發(fā)電等新能源大量接入電網(wǎng)，保證高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)高效消納的重要基礎(chǔ)，對(duì)分布式光伏的電壓和頻率耐受能力提出了新的要求。光伏發(fā)電逆變器為靜止式的電源部件，自身頻率適應(yīng)性很強(qiáng)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 37408—2019 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)要求》已于2019年12月1日實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器在標(biāo)稱電壓的90%～110%時(shí)應(yīng)能正常運(yùn)行，在其他電壓范圍時(shí)應(yīng)滿足低電壓穿越能力和高電壓穿越能力要求；當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率在46.5 Hz～51.5 Hz范圍之內(nèi)時(shí)，應(yīng)能正常運(yùn)行，并規(guī)定了9個(gè)不同頻率區(qū)間的運(yùn)行要求。