高密度多接入点分布式光伏接入系统方案分析

046SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 No.012015节能技术与产品ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY AND PRODUCTS高密度多接入点分布式光伏接入系统方案分析张 明 刘 波 潘雨婷 上海电力设计院有限公司 张 征 国网上海市电力公司 Solution Analysis Of High Density Multi Access Point Distributed Photovoltaic Access System摘要 随着光伏发电在电力系统中所占比重的逐年增大，其接入系统方案的优化选择成为电网在接纳光伏发电之前首先需要解决的问题之一。因此，本文以拟建的某分布式光伏电站为例，对高密度多接入点分布式光伏的接入系统方案进行了研究和分析，重点从系统有功损耗和经济效益等多方面进行了综合比选，在保证分布式光伏系统正常发电的前提下，提出了有利于自发自用、就地消纳、有效降低网损及经济效益的推荐方案。关键词 分布式光伏发电；接入方案；有功网损；经济效益基金项目 国家高技术研究发展计划（ 863计划）（ 2011AA05A308 ）DOI 10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2015.01.012Abstract While the proportion of photovoltaic power generation in the electrical power system is increasing year by year, its access system optimizing choice has become one of need-to-be- solved problems before accepting photovoltaic power generation. In this paper, based on a distributed photovoltaic power station case, it discussed and analyzed high density multi access points distributed PV access system solutions. It mainly focused on comprehensive comparison from several aspects, such as system active power loss and economic benefit. Under the premise of ensuring the normal distributed photovoltaic system power generation operation, it put forward recommended solutions for spontaneous generation for personal use, elimination on the spot, effectively reducing network loss and obtaining economic benefit.Keywords distributed photovoltaic power generation; access solution; active power loss; economic benefitFoundation Items The national high-value technology research and development program863 Program2011AA05A308Zhang Zheng State Grid Shanghai Municipal Electric Power CompanyZhang Ming, Liu Bo, Pan Yuting ShanghaiElectric Power Design InstituteCo.,Ltd.SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2015 年第 0 1 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能047节能技术与产品ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY AND PRODUCTS气接线情况见图 1。从图 1 可以看出，该公司有 1 座 110 kV总降变电站，其中安装有 1 251 40 MVA的主变压器（图 1 中为方便起见画在一起）， 110kV为单母线接线， 10 kV为单母线分段接线。该工程包括5 个 10 kV生产车间，每个车间安装有若干台低压配电变压器。3 分布式光伏接入系统方案3.1 接入系统电压等级的确定根据国家电网公司颁布的光伏电站接入电网技术规定，光伏电站接入电网的电压等级包括 380 V， 10 kV35 kV 和 66 kV 及以上 3 种情况，对于小型和中型光伏发电系统宜采用 35 kV及以下电压等级接入。考虑到该公司目前配电系统主要有 0.4 kV 和 10 kV 两个电压等级，因此，本次10 MWp的光伏发电拟考虑通过 0.4 kV 或 10 kV 电压等级接入用户侧配电系统。3.2 方案拟定3.2.1 光伏接入系统方案一根据光伏电站接入电网技术规定，光伏电站接入总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内的最大负荷的 25。方 案 一 将 10 MWp光 伏 发 电 项 目 分 为 171 引言由于环境逐渐恶化，能源资源的日益短缺，可再生能源的充分利用已经成为全球关注的焦点。将太阳能这种分布广、无污染、可再生的重要新能源进行并网发电，具有经济可靠、一次转换率较高的特点，对电力系统的多元化发展带来不可估量的影响 [1] 。在光伏发电中，分布式光伏发电是指建在用户侧，通过光伏组件将太阳能转化为电能的发电方式，其有别于我国比较典型的集中式光伏发电，分布式光伏发电就地并网发电，就近消纳，不仅可以有效解决集中式光伏发电长距离输电和并网的问题，而且能够提高供电安全可靠性以及解决偏远地区用电的问题。因此，分布式光伏发电目前已成为光伏发电领域重要的研究课题之一 [2] 。分布式光伏发电系统一般通过一条或多条低压配电线路接入用户侧配电系统，从而实现并网发电 [3,4] 。针对分布式光伏发电并网后对现有配电系统影响的研究需要，应合理规划光伏发电系统的接入方式及容量 [5-8] 。随着城市化分布式光伏发电项目的逐渐增多，对于高密度、多接入点的分布式发电接入问题值得深入探讨和研究。本文以拟建的某分布式光伏为例，对 10 MWp分布式光伏发电系统接入方案进行了研究，主要包括通过综合分析和研究提出高密度多接入点分布式光伏接入系统的两种接入方案；研究该分布式光伏发电项目两种接入方案的主接线方式及变压器配置情况；采用 PSASP仿真计算软件分析两种接入系统方案的有功网损情况；分析并比较两种并网接入系统方案的经济效益及其他方面的不同，以期在充分发挥分布式光伏正常发电的基础上，达到技术和经济效益最优。2 项目概况本项目以某公司拟建的 10 MWp光伏发电项目为研究对象开展接入系统方案的研究工作。目前该公司正常用电负荷为 45 MW，其中一级负荷约为24 MW，已经配套建设有两台余热发电机组，容量为（ 912） MW，在余热发电机组正常发电的情况下，还需从电网受进电力 25 MW左右。该公司电图 1 某公司电气接线示意图张 明，等 高密度多接入点分布式光伏接入系统方案分析048SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能 No.012015节能技术与产品ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY AND PRODUCTS组， 每 组 容 量 在 400625 kMp 之 间， 17 个 光伏接入点的光伏发电容量均在对应配变容量的22.525 之间，因此各个光伏接入点的光伏接入总容量均满足技术规定要求。方案一的接入系统接线图见图 2。从图 2 可以看出，光伏接入系统所发出的直流电经过逆变器转变为交流电后，直接经由 17 台配电变压器的 0.4 kV母线并网， 即通过低压侧并网。3.2.2 光伏接入系统方案二方案二依据生产车间划分，将该光伏发电项目分为 5 组，每组容量在 800 ～ 2462 kWp之间。方案二的接入系统图见图 3。从图 3 可以看出，方案二通过 5 个 10 kV 双卷变压器分别升压至 10 kV电压等级后，接至该厂区各生产车间变电站的 10 kV 母线。4 接入系统方案的分析4.1 有功网损分析分布式光伏并网将对配电网潮流大小、方向产生影响，其影响的大小取决于分布式光伏的并网位置 [9] 。由此可知，分布式光伏接入系统方案的不同对配电网潮流分布造成的影响也不相同。在对含分布式光伏发电的电网进行潮流计算时，通常会用 PQ节点来表示光伏接入点 [10-13] 。在配电网中合理选择分布式电源的接入点可以有效减小线路损耗 [14] 。本 文 利 用 潮 流 计 算 方 面 比 较 成 熟 的 软 件PSASP对两种光伏接入方案进行潮流计算，并比较两者的降损效果。两个方案有功网损情况比较具体情况见表 1。表 1 利用 PSASP软件比较两种高密度分布式光伏接入方案的有功网损情况方案名称负荷功率因/ cos θ l总有功损耗 P /MW未接入方案一方案二0.9550.9930.9890.3460.2890.304从表 1 可见，在分布式光伏接入系统接入配电网后，配电网的有功网损均有所减少，其中，图 2 某公司厂内光伏发电接入系统方案一（ 0.4kV 接入方案）图 3 某公司厂内光伏发电接入系统方案二（ 10kV接入方案）方案一的有功网损比电网未接入光伏系统方案的情况降低 3.97 ，而方案二的有功网损降损率为 3.56 ，比较得出方案一比方案二降损率优化0.41 ，由此表明方案一的降损效果优于方案二。4.2 经济效益分析方案一 17组光伏发电装置所发电力均以 0.4 kV电压等级送至对应配电变压器的低压侧，并实行就地消化。当每个光伏接入点对应配电变压器的供SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2015 年第 0 1 期SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能049节能技术与产品ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY AND PRODUCTS电负荷小于光伏发电出力时，采用不可逆并网接入方式，从而避免对上一级电网的影响。方案二将 5 个接入点的各组光伏发电装置所发电力以 10 kV电压等级送至对应配电变压器的高压侧，并且实行就近消化。当对应配电变压器的供电负荷小于光伏发电出力时，多余电力可以在厂区内 10kV 配网中消化。 由此可知，方案二比方案一多配置了 5 台 10 kV双卷变压器、5 个 10 kV 间隔以及 5 条 30 m长的 10 kV电缆线路。从投资上分析，方案二比方案一多投资 194 万元；从损耗上分析，由于方案二要通过 10 kV 变压器重复升降压，因此方案二比方案一损耗更大。综上所述，方案一的经济效益要优于方案二。4.3 其他方面分析根据该公司建设 10 MWp光伏发电项目的规模以及厂区内部扩建条件分析，两方案的优缺点比较见表 2。由表 2 可见，由于方案一为 17个接入点，而方案二仅为 5 个接入点，考虑到光伏发电受天气影响较大，其年运行小时数较低，故在运行管理上来看，方案二的管理较为方便。然而，由于方案一比方案二少配置 5 台 10kV双卷变压器，在实施条件以及施工期方面，方案一均优于方案二。5 结语随着我国分布式光伏的不断发展，其并网运行对现有配电网的发展提出了新的挑战，增加了配电网规划、设计及保护配置的难度。本文通过对高密度多接入点分布式光伏的接入系统方案技术经济性比较，有效降低了分布式光伏对配电网的影响，有利于分布式光伏的自发自用和就地消纳。参考文献[1] 丁明，王伟胜，王秀丽，等．大规模光伏发电对电力系统影响综述 [J] ．中国电机工程学报， 2014, 341 1-14 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