并網(wǎng)型光伏電站工作原理及其一二次設(shè)備配置原則

并網(wǎng)型光伏電站工作原理及其一二次設(shè)備配置原則趙杰;王碩;楊玉周;武劍;宋靜;于贊梅【摘要】世界光伏產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)在嚴(yán)峻的能源形勢(shì)和人類(lèi)生態(tài)環(huán)境形勢(shì)的壓力下，進(jìn)入到了快速發(fā)展時(shí)期，并網(wǎng)光伏電站逐年增加.以光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹和分析,并結(jié)合《地區(qū)電源并網(wǎng)工程繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置規(guī)范》要求對(duì)石家莊地區(qū)35kV并網(wǎng)型光伏電站一二次設(shè)備配置情況進(jìn)行了說(shuō)明,以其為今后大規(guī)模光伏并網(wǎng)發(fā)電提供參考依據(jù).【期刊名稱(chēng)】《東北電力技術(shù)》【年(卷)，期】2015(036)006【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P27-30)【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電;并網(wǎng)系統(tǒng);保護(hù);規(guī)范【作者】趙杰;王碩;楊玉周;武劍;宋靜;于贊梅【作者單位】國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司，河北石家莊050000;國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司，河北石家莊050000;河北省送變電公司，河北石家莊050000;國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司，河北石家莊050000;國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司，河北石家莊050000;國(guó)網(wǎng)石家莊供電公司，河北石家莊050000【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TM615分布式電源對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推動(dòng)節(jié)能減排、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。國(guó)家電網(wǎng)公司認(rèn)真貫徹落實(shí)國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，積極支持分布式電源快速發(fā)展，依據(jù)《中華人民共和國(guó)電力法》、《中華人民共和國(guó)可再生能源法》等法律法規(guī)以及有關(guān)規(guī)程規(guī)定，按照優(yōu)化并網(wǎng)流程、簡(jiǎn)化并網(wǎng)手續(xù)、提高服務(wù)效率的原則，積極為分布式電源項(xiàng)目接入電網(wǎng)提供便利條件，為接入系統(tǒng)工程建設(shè)開(kāi)辟綠色通道。與此同時(shí)，國(guó)網(wǎng)河北省電力公司制定了《地區(qū)電源并網(wǎng)工程繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置規(guī)范》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用于規(guī)范河北南部電網(wǎng)分布式電源并網(wǎng)工程中繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置［1］。截止到2014年12月底，石家莊地區(qū)共有3座光伏電站并網(wǎng)發(fā)電，其中通過(guò)35kV專(zhuān)線并網(wǎng)2座，10kV專(zhuān)線并網(wǎng)1座。總?cè)萘繛?1.6MW。這些光伏電站為石家莊地區(qū)首批投運(yùn)的并網(wǎng)型光伏電站，具有十分重要的研究?jī)r(jià)值和實(shí)用意義。這些光伏電站的順利投運(yùn)為石家莊供電公司相關(guān)部門(mén)提供了近距離接觸、了解、學(xué)習(xí)光伏發(fā)電的機(jī)會(huì)，為優(yōu)化光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)、配網(wǎng)規(guī)劃、負(fù)荷預(yù)測(cè)［2］、電能質(zhì)量分析、并網(wǎng)項(xiàng)目審批流程等方面的問(wèn)題提供了真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和難得的實(shí)踐機(jī)會(huì)，同時(shí)對(duì)石家莊調(diào)控中心如何實(shí)現(xiàn)光伏電源并網(wǎng)發(fā)電的優(yōu)化調(diào)度提出了新的問(wèn)題和考驗(yàn)［3］。光伏發(fā)電是一種能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的新型清潔能源發(fā)電模式，具有綠色、環(huán)保、可再生；儲(chǔ)量巨大、無(wú)枯竭；安全、可靠、無(wú)污染；資源分布廣泛、普遍等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，光伏發(fā)電具有削峰填谷的正特性，對(duì)解決石家莊地區(qū)谷峰差大，大負(fù)荷期間電網(wǎng)調(diào)度裕度不足的問(wèn)題具有重要意義［4-6］。圖1為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)示意圖，主要包括：光伏電源、直流電容、逆變器、熔斷器、濾波器、升壓變壓器、模擬無(wú)窮大系統(tǒng)以及實(shí)現(xiàn)光伏電源最大功率跟蹤、并網(wǎng)功率控制等環(huán)節(jié)［7-8］。光伏電源是一種非線性直流電源，其輸出功率能力主要受光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度影響。按圖1,通過(guò)MATLAB/SIMULINK仿真軟件搭建光伏并網(wǎng)發(fā)電模型，對(duì)光伏發(fā)電的特性進(jìn)行仿真研究［5］。由圖2可知，在相同溫度下，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，光伏電源輸出電流越大、輸出功率也越大，具有正特性。由圖3可知，在相同光照強(qiáng)度下，溫度越大，輸出功率越小，具有負(fù)溫度特性?？傮w而言，光照強(qiáng)度對(duì)光伏發(fā)電的影響較溫度要大得多。光伏發(fā)電最適宜的環(huán)境為光照強(qiáng)度大、環(huán)境溫度低的天氣。由圖4可知，當(dāng)溫度一定時(shí)，光照強(qiáng)度由1000W/m2下降到800W/m2時(shí)，并網(wǎng)側(cè)A相并網(wǎng)電流能快速、平穩(wěn)跟蹤電網(wǎng)A相電壓的變化。以某35kV光伏電站為例，其一次接線示意圖如圖5所示。該電站經(jīng)110kV站主變中壓側(cè)母線直接與系統(tǒng)相連，該光伏電站容量為30MW，站內(nèi)為35kV單母接線方式，35kV并網(wǎng)線1條，2回光伏進(jìn)線，站變兼接地變1臺(tái)，SVG型無(wú)功補(bǔ)償裝置及其升壓變1臺(tái)。多晶硅電池組件98120塊（峰值功率：245Wp，峰值電壓：30.8V，峰值電流：7.96A）,1MW集裝箱式逆變房（包含2臺(tái)集中式逆變器，每臺(tái)輸出功率0.5MW，輸入直流電壓450~820V,輸出交流電壓315V,最大輸入直流電流1200A），組串式逆變器335臺(tái)（每臺(tái)輸出功率28kW）,箱式變壓器S11-1100/35（14臺(tái)），S11-500/35（2臺(tái)），S11-800/35（1臺(tái)），S11-1250/35（6臺(tái)）。光伏電站接線方式主要有：集中式逆變器光伏陣列和組串式逆變器光伏陣列。2.1集中式逆變器光伏陣列設(shè)計(jì)經(jīng)對(duì)光伏組件進(jìn)行串、并聯(lián)設(shè)計(jì)，最終確定為22塊多晶硅光伏組件組成1串，12或16路光伏組串經(jīng)光伏專(zhuān)用直流電纜（PV1-F-0.9/1.8-1X4mm2）接入1臺(tái)光伏防雷匯流箱，其系統(tǒng)圖如圖6所示。7~9臺(tái)光伏防雷匯流箱經(jīng)直流電纜（ZRCYJV23-0.6/1-2x50/70mm2）接入1臺(tái)直流防雷配電柜（共2臺(tái)直流防雷配電柜），每臺(tái)直流防雷配電柜接入1臺(tái)0.5MW光伏逆變器（1臺(tái)1MW集裝箱式逆變房由2臺(tái)0.5MW光伏逆變器組成），每臺(tái)集裝箱式逆變房通過(guò)交流電纜(3x(ZRCYJV23-0.6/1kV-3x240))接入1臺(tái)1100kVA升壓變壓器(SF11-1100/35,38.5±2x2.5%/0.315kV,Y-d11-d11,Uk%=6.5%),部分參數(shù)由表1所示。2.2組串式逆變器光伏陣列設(shè)計(jì)經(jīng)對(duì)光伏組件進(jìn)行串、并聯(lián)設(shè)計(jì)，最終確定為22塊多晶硅光伏組件組成1串，3~5路光伏組串經(jīng)光伏專(zhuān)用直流電纜(PV1-F-0.9/1.8-1x4mm2)接入1臺(tái)串式逆變器，6~7臺(tái)組串式逆變器經(jīng)交流電纜(3x(ZRC-YJV23-0.6/1kV-3x16或25))接入1臺(tái)交流匯流箱，然后經(jīng)交流電纜(3x(ZRC-YJV23-0.6/1kV-3x150或185))弓|至升壓變壓器(S11-1250(800/500)/35,38.5±2x2.5%/0.315kV,Yd11,Uk%=6%，接入交流匯流箱的臺(tái)數(shù)由升壓變?nèi)萘繘Q定)，部分參數(shù)由表2所示。根據(jù)《地區(qū)電源并網(wǎng)工程繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置規(guī)范》要求，為了實(shí)現(xiàn)該光伏電站的投運(yùn)，需要對(duì)該光伏電站直接接入的110kV站相關(guān)保護(hù)及安全自動(dòng)裝置進(jìn)行完善和升級(jí)。主要工作有：在原有110kV、35kV備自投裝置中增加跳開(kāi)工作電源斷路器的同時(shí)，聯(lián)跳經(jīng)失壓母線并網(wǎng)的并網(wǎng)斷路器功能；在原有1號(hào)、2號(hào)主變間隙保護(hù)中增加一時(shí)限跳并網(wǎng)線斷路器的功能；增加故障解列裝置1臺(tái)，具備低頻、低壓、高頻、過(guò)壓、失步解列功能。裝置動(dòng)作時(shí)跳開(kāi)機(jī)組；增加故障錄波器1臺(tái)，記錄故障時(shí)變電站各側(cè)母線電壓，110kV進(jìn)線間隔、主變間隔、并網(wǎng)線路的交流量和開(kāi)關(guān)量，相應(yīng)設(shè)備的保護(hù)裝置、各側(cè)備自投裝置、故障解列裝置的開(kāi)關(guān)量等信息，為故障分析提供可靠數(shù)據(jù)。35kV直接并網(wǎng)線兩側(cè)應(yīng)配置光纖縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)為主保護(hù)，方向過(guò)流保護(hù)為后備保護(hù)的成套線路保護(hù)裝置。保護(hù)動(dòng)作時(shí)，作用于并網(wǎng)線兩側(cè)斷路器。110kV站與并網(wǎng)線相關(guān)的保護(hù)配置如表3所示。35kV光伏站內(nèi)配置35kV母差保護(hù)1套；站內(nèi)進(jìn)線開(kāi)關(guān)保護(hù)3套三段式過(guò)流保護(hù)；主變保護(hù)(接地變、SVG升壓變、光伏電壓升壓變)、逆變器保護(hù)具備過(guò)流、過(guò)壓、欠壓、過(guò)頻、低頻、孤島檢測(cè)等功能；增加故障錄波器1臺(tái)，記錄光伏電站母線電壓，主變間隔、SVG間隔、進(jìn)線間隔、并網(wǎng)線路的交流量和開(kāi)關(guān)量等。同時(shí)配置電能質(zhì)量檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)記錄電能質(zhì)量。35kV光伏電站保護(hù)配置如表4所示。光伏發(fā)電對(duì)節(jié)能減排、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)具有重要的意義。本文首先對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，以此為基礎(chǔ)分析光伏發(fā)電的工作原理、工作特點(diǎn)；其次本文依據(jù)《地區(qū)電源并網(wǎng)工程繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置規(guī)范》，結(jié)合某在運(yùn)的35kV光伏電站，對(duì)并網(wǎng)型光伏電站一二次系統(tǒng)配置進(jìn)行了深入分析和探討，以便為電力工作者提供更加直觀、簡(jiǎn)練的光伏發(fā)電及相關(guān)情況參考。趙杰(1983-)，男，博士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)和新能源?！鞠嚓P(guān)文獻(xiàn)】[1]地區(qū)電源并網(wǎng)工程繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置規(guī)范[Z]?國(guó)網(wǎng)河北省電力公司，2013.[2]張艷霞，趙杰.基于反饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的光伏系統(tǒng)發(fā)電功率預(yù)測(cè)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011,39(15):96-101.趙杰，張艷霞，宣文博，等.分布式電源中逆變器的故障特征和保護(hù)方案研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012,36(1):51-54.趙杰，王碩，李吉昌，等.基于多種分布式電源的微電網(wǎng)控制策略與仿真[J].中國(guó)電力，2013,46(6):95-100.趙璐，張立穎，李天立，等.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)逆變器的研