光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行的影響與對策

1、光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行的影響與對策摘要：通過分析光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行的影響，從系統(tǒng)接入、電能質(zhì)量、繼 電保護(hù)、計(jì)量裝置等方面，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)研究，提出具體的應(yīng)對措施，確保并 網(wǎng)后電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。關(guān)鍵詞：光伏產(chǎn)業(yè)、并網(wǎng)、電網(wǎng)運(yùn)行、電能質(zhì)量、電能計(jì)量 光伏產(chǎn)業(yè)是全球能源科技和產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向，是具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ某?陽產(chǎn)業(yè)，也是我國具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā) 展，光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響逐步凸顯，及時(shí)研究解決這些問題，才能使 得光伏產(chǎn)業(yè)和電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展。1.光伏發(fā)電技術(shù)介紹 光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N 技術(shù)。太陽

2、能通過光伏陣列轉(zhuǎn)化為直流電，通過 DC/DC 變換器匯集至直流母線， 再通過 DC/AC 逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦交流電直接 供給交流負(fù)載或接入電網(wǎng)。根據(jù)系統(tǒng)的規(guī)模和集中程度，可分為集中式并網(wǎng)系統(tǒng) 和分布式并網(wǎng)系統(tǒng)。目前，分布式、并網(wǎng)發(fā)電光伏項(xiàng)目應(yīng)用較廣。2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對電網(wǎng)運(yùn)行的影響 由于太陽能光伏發(fā)電屬于能量密度低、穩(wěn)定性不高，調(diào)節(jié)能力差的能源，發(fā) 電量受天氣及地域的影響較大，并網(wǎng)發(fā)電后會對電網(wǎng)安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及 電網(wǎng)的供電質(zhì)量造成一定影響。對電能質(zhì)量的影響對電網(wǎng)電壓及其穩(wěn)定性的影響 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)的電壓質(zhì)量及其控制均有一定的影 響。光

3、伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)受日光照射的影響較大，發(fā)電出力時(shí)常變化，見圖 1、圖 2 對比所示，光伏發(fā)電的瞬間出力受天氣影響變化很大，發(fā)電功率瞬間變化有可 能超過 50%以上。如果光伏系統(tǒng)容量所占比例較大，線路上的負(fù)荷潮流也極易受 波動，加大了電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的電壓調(diào)整難度，甚至引起電壓穩(wěn)定性問題。2.1.2 對電網(wǎng)頻率的影響 當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電容量占電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電量比例逐步增大后，由于其 發(fā)電具有一定的隨機(jī)性，因而可能導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)的頻率時(shí)常出現(xiàn)波動。2.1.3 諧波污染 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)通過光伏組件將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電能，必須通過逆變 裝置的轉(zhuǎn)換，將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流，才能并

4、入 公共電網(wǎng)。然而，逆變裝置會給電網(wǎng)帶來電力諧波，使功率因數(shù)惡化、電壓波形 畸變和增加電磁干擾。2.2 孤島效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn) “孤島”是指公共電網(wǎng)停止供電后，由于光伏發(fā)電的存在（與電網(wǎng)相連并輸送 電能），使電網(wǎng)停電區(qū)的部分線路仍維持帶電狀態(tài)，形成自給電力供應(yīng)的孤島。在孤島狀態(tài)下電力部門失去對線路電壓、頻率的控制，電力孤島區(qū)域供電電 壓和頻率不穩(wěn)定。電網(wǎng)對下級線路停止供電后，若光伏發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)上網(wǎng)，下級 線路依然能帶電運(yùn)行，將會帶來一系列的安全隱患及事故糾紛，危害人身安全， 造成設(shè)備損害。當(dāng)電網(wǎng)重新恢復(fù)供電時(shí)，因孤島的相位不同步還有可能引起對電 網(wǎng)用戶的沖擊。2.3 對電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)的影響 電網(wǎng)企業(yè)承擔(dān)著

5、分布式光伏并網(wǎng)相關(guān)的接入系統(tǒng)建設(shè)以及公共電網(wǎng)改造的成 本，而且分布式光伏發(fā)電自發(fā)自用部分在一定程度上會影響電網(wǎng)公司的售電量， 某特大型供電企業(yè)一個(gè)月因光伏發(fā)電累計(jì)電量收益減少超過3 億元。而且，光伏 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的接入可能使配電網(wǎng)中的某些設(shè)備閑置或成為備用，部分配電變壓 器和電纜線路會因負(fù)荷小而輕載，從而使配電網(wǎng)的運(yùn)營成本增加，電網(wǎng)效益下降。 3.應(yīng)對措施明確接入系統(tǒng)原則 接入電網(wǎng)電壓應(yīng)根據(jù)接入電網(wǎng)的要求和光伏發(fā)電系統(tǒng)安裝容量，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì) 比較后確定，同時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)考慮，容量設(shè)置按“就地消納，自發(fā)自用，余電 上網(wǎng)”的原則考慮。單點(diǎn)接入容量1000kW時(shí)，應(yīng)采用10kV接入。接入單回10kV

6、專用饋線的光伏發(fā)電總?cè)萘坎?宜超過8000kW，接入單回10kV公用饋線的光伏發(fā)電總?cè)萘坎灰舜笥谠摼€路輸送 容量的25%，10kV饋線支干線的載流量應(yīng)經(jīng)計(jì)算論證是否滿足接入的要求。電能質(zhì)量要求通過10(20)kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，應(yīng)在并網(wǎng)點(diǎn)處安裝電 能質(zhì)量監(jiān)測終端裝置。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，并網(wǎng)點(diǎn)的電壓在 90%- 110%標(biāo)稱電壓之間時(shí)，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)能正常運(yùn)行，所接入公共連接點(diǎn)的 電壓偏差應(yīng)符合國家相關(guān)規(guī)定，10(20)kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓 的7%。當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率應(yīng)在49.5Hz50.2Hz范圍之內(nèi)時(shí)，分 布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)能正

7、常運(yùn)行。當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率在47.5Hz 49.5Hz范圍之內(nèi)時(shí)，頻率每次低于49.5Hz，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)能至少運(yùn)行 10mi n。光伏發(fā)電系統(tǒng)所接入的公共連接點(diǎn)在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡 度不超過 2%，短時(shí)不得超過 4%；光伏發(fā)電引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一 般為1.3%，短時(shí)不超過 2.6%，根據(jù)連接點(diǎn)的負(fù)荷狀況以及鄰近發(fā)電機(jī)、繼電保 護(hù)和自動裝置安全運(yùn)行要求，該允許值可作適當(dāng)變動。光伏發(fā)電系統(tǒng)向公共連接 點(diǎn)注入的直流電流分量不應(yīng)超過其交流額定值的 0.5%。繼電保護(hù)要求通過10 (20)kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，并網(wǎng)點(diǎn)處開關(guān)應(yīng)配置 10kV (2

8、0) kV線路保護(hù)測控一體化裝置；保護(hù)裝置應(yīng)具備電流速斷保護(hù)、過流保 護(hù)、零序過流保護(hù)、低周減載、高周解列、低壓解列等功能。有特殊要求時(shí)，可 采用光纖電流差動保護(hù)。通過0.38/0.22kV電壓等級并網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)， 并網(wǎng)點(diǎn)處開關(guān)應(yīng)配置速斷、過流、低壓保護(hù)等功能。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器 保護(hù)控制單元應(yīng)具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，防孤島保護(hù)整 定時(shí)間不大于2s,防孤島保護(hù)應(yīng)與并網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)相配合。3.4計(jì)量設(shè)置原則分布式光伏發(fā)電電能計(jì)量要求設(shè)置兩套電能計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電發(fā)電量 上網(wǎng)電量和下網(wǎng)電量分別計(jì)量。其中，一套電能表需支持正反向計(jì)量功能、分時(shí) 計(jì)量功能和整點(diǎn)電量凍結(jié)功能，具備電流、電壓、功率、功率因數(shù)測量及顯示功 能。10kV接入類用戶選擇高壓計(jì)量方式，應(yīng)在電力設(shè)施的產(chǎn)權(quán)分界處及光伏發(fā)電 電源接入點(diǎn)分別設(shè)置10kV電能計(jì)量裝置一套，配置三相多功能電能表及負(fù)荷管 理終端。0.38kV接入類用戶選擇低壓計(jì)量方式，應(yīng)在電力設(shè)施的產(chǎn)權(quán)分界處及光 伏發(fā)電電源接入點(diǎn)分別設(shè)置三相380/220V電能計(jì)量裝置一套，配置三