79分布式光伏电站接入用户电网的分析研究

558 分布式光伏电站接入用户电网的分析研究李朝顺 龚树东 刘宇，林毅，王楠（沈阳电力勘测设计院）【 摘 要 】 本文首先对 10kV 用户及光伏电站接入概况进行分析，并通过潮流分析、短路电流计算，从而进行主要设备选择讨论研究，对保护、计量及通信方案进行讨论。最终，还对光伏电站并网的技术要求进行探讨性的介绍。【 关键词 】 用户电网；分布式光伏电站；设备选择；保护装置；计量；通信0 引言能源是国民经济发展的基础，根据国家能源发展规划，“十二五”期间将以加快转变能源发展方式为主线，规划能源新技术的研发和应用，解决有限能源和资源的约束，充分利用可再生能源。 2012 年 6 月，国家发改委将“十二五”期间光伏装机目标再次上调至 21 吉瓦。在 2013 年全国能源工作会议上，国家能源局又提出，今天要大力发展分布式光伏，实现全年新增光伏装机 1000 万千瓦。“分布式光伏发电”成为国内光伏市场新的增长点与发展方向。分布式光伏发电项目有三种模式：自发自用、全部上网、余量上网，原则上主张“就近消纳，余量上网”。在西部欠发达地区大规模发展地面光伏电站，并网压力巨大，将使光伏发电面临风电一样的难题，损失很大。无论从太阳能的资源特点还是国外经验看，自发自用为主、就近消纳的分布式开发模式都是最科学合理的，同时对电网的冲击也比较小。”研究分布式光伏发电具有重要的意义。1 接入用户电网1.1 用户电网用户电网指位于用户场所内部，所有供电设施与公共电网连接，产权分界点以内的电网设备均由用户自身维护的电网。产权分界点按《供点营业规则》中有关规定执行。1.2 接入要求接入用户电网可分为接入配电室或箱变、用户配电箱或线路两种方式。如果并网点接入容量在20kW~200kW之间， 可采用 1 回线路将分布式光伏电站接入上述地点； 如装接总容量很大， 则需采用多回线路接入，并且每个并网点接入容量不能超过 300kW。1.3 运营模式结合用户电网的实际情况与特点，建议采用自发自用 / 余量上网的运营模式。采取这种模式，不但能满足用户自身的用电需求，还可以将用户负荷无法消纳的剩余电量送入公用电网。光伏电站接入用户电网示意图如下所示，其中关于计量装置的研究将在后面章节介绍。559 2 光伏电站接入分析2.1 380V 光伏电站特点380kV 光伏电站容量小、分布灵活、 经济性好等特点。分布式光伏发电与电力用户一般都在同一场所。因此，当 10kV 与 380V两级电压均具备接入条件，优先采用 380V 低电压等级接入。2.2 用户上级电源电力用户的上级电源一般为 10kV 高压进线，接入前需分析该 10kV 线路以及其上级 66kV 变电站的负荷情况，从而考虑是否介入大容量分布式光伏电站。2.3 1 光伏装机容 量大容量 380V 分布式光伏电站适宜建设在用电负荷较大的电力用户配电变压器的低压侧，可以根据现场具体情况，接入配电室、箱变、用户配电箱或线路。电力用户每个配电变压器低压侧所接入光伏逆变器总容量不得超过变压器容量。3 接入系统方案分析3.1 潮流分析根据历史统计数据，调查出 10kV 导线最大传输容量及当年最大负荷，确保在线路正常、检修及事故运行方式下均满足线路传输容量要求。3.2 短路电流计算（ 1）光伏电站接入前：10kV 公共连接点短路电流=380V并网点短路电流=式中 Sj 为基准容量，取 100MVA。Uj 为基准电压，公共连接点取 10.5kV ，并网点取 0.4kV 。560 X1 为 66kV 变电站出口阻抗标幺值。X2 为 10kV 线路阻抗标幺值， X2=每公里线路阻抗×线路长度×X3 为 10kV 配电变压器阻抗标幺值， X3=（ Ud%/100）×（ Sj/Se ）（ 2）光伏电站接入后：公共连接点短路电流： =并网点短路电流： =式中 IN 为光伏电站额定工作电流。4 主要设备选择4.1 主接线380V采用单母线接线。4.2 送出线路导线截面根据光伏电站各接入点的额定电流， 结合 《电力工程电缆设计规范》 规定的允许持续载流量 （见表 1） ，进线送出线路导线截面的选择。表 1 交联聚乙烯绝缘电缆空气中敷设时允许载流量单位： A、 mm2 电缆芯数 三芯电缆导体材质 铝 铜电缆导体截面25 91 118 35 114 150 50 146 182 70 178 228 95 214 273 120 246 314 150 278 360 185 319 410 240 378 483 300 419 552 环境温度（℃） 40 根据光伏电站发电功率和并网电压选择，如使用原有低压受电线路，需按供电容量对线路进行校核，如不满足供电容量要求，则需对线路进行更换。4.3 断路器型式选用微型或塑壳式断路器，根据短路电流水平选择设备开断能力，并需留有一定裕度，断路器应具备电源端与负荷端反接能力。5 系统继电保护及安全自动装置5.1 380V 线路保护561 并网点的断路器应具备短路瞬时、 长延时保护功能和分励脱扣、 欠压脱扣功能， 线路发生短路故障时，线路保护能快速动作，瞬时跳开断路器，满足全线故障时快速可靠切除故障的要求。断路器还应具备反映故障及运行状态辅助接点。5.2 防孤岛检测及安全自动装置如果用户接入容量均超过自身台区配变额定容量 25%，配变低压侧刀熔总开关应改造为低压总开关，并在配变低压母线处装设反孤岛装置； 低压总开关应与反孤岛装置间具备操作闭锁功能， 母线间有联络时，联络开关也应与反孤岛装置间具备操作闭锁功能。采用具备防孤岛能力的逆变器，逆变器必须具备快速监测孤岛且监测到孤岛后立即断开与电网连接的能力。6 电能计算6.1 安装位置运营模式为自发自用 / 余量上网，除单套设置并网电能表外，还应设置关口计量电能表。并网电能表设在并网点，关口计量电能表设在产权分界点。6.2 技术要求计费关口点按单表设计，电能表精度要求不低于 1.0 级，并且要求有关电流互感器、电压互感器的精度需分别达到 0.5S 、 0.5 级。电能表采用静止式多功能电能表，至少应具备双向有功和四象限无功计量功能、 事件记录功能， 应具备电流、 电压、 电量等信息采集和三相电流不平衡监测功能， 配有标准通信接口，具备本地通信和通过电能信息采集终端远程通信的功能。计量表采集信息应分别接入电网管理部门和光伏发电管理部门（政府部门或政府指定部门）电能信息采集系统，作为电能量计量和电价补贴依据。各表计信息统一汇集至计量终端服务器。7 系统通信暂只需要上传发电量信息。光伏电站需通过 GPRS方式上传发电量和上网电量信息至供电公司相关部门。光伏电站需配置 GPRS采集终端装置，经统一的通信通道传输给相关部门，无线接入应满足安全防护要求。无线采集终端采用 220V交流电源。8 光伏电站并网技术要求分布式电源并网电压等级可根据装机容量及电网条件，通过技术经济论证确定。若高低两级电压均具备接入条件，优先采用低电压等级接入。分布式电源接入系统方案应明确用户进线开关、并网点位置 , 并对接入分布式电源的配电线路载流量、变压器容量进行校核。接有分布式电源的 10 千伏配电台区，不得与其他台区建立低压联络（配电室、箱式变低压母线间联络除外）。接入公共电网的接入工程产权分界点为电源项目与电网明显断开点处开关设备的电网侧。关口计量点设置在产权分界点处。关口电能计量方案按照有关规定执行。并网点应安装易操作，具有明显开断指示、具备开断故障电流能力的低压并网专用开关 , 专用开关应具备失压跳闸及检有压合闸功能， 失压跳闸定值宜整定为 20%UN、 10 秒， 检有压定值宜整定为大于 85%UN。分布式电源接入容量超过本台区配变额定容量 25%时，配变低压侧刀熔总开关应改造为低压总开关，并在配变低压母线处装设反孤岛装置； 低压总开关应与反孤岛装置间具备操作闭锁功能， 母线间有联络时，联络开关也应与反孤岛装置间具备操作闭锁功能。逆变器应符合国家、 行业相关技术标准， 具备低电压闭锁、 检有压自动并网功能 （推荐采用低于 20%UN、0.2 秒闭锁发电，检有压 85%UN自动并网控制参数）。分布式电源接入 380 伏配电网时，宜采用三相逆变器；分布式电源接入 220 伏配电网前，应校核同一台区单相接入总容量，防止三相功率不平衡情况。562 分布式电源继电保护和安全自动装置配置应符合相关继电保护技术规程、运行规程和反事故措施的规定， 装置定值应与电网继电保护和安全自动装置配合整定， 防止发生继电保护和安全自动装置误动、 拒动，确保人身、设备和电网安全。分布式电源并网运行信息采集及传输应满足《电力二次系统安全防护规定》等相关制度标准要求。接入 10 千伏电压等级的分布式电源应能够实时采集并网运行信息。分布式电源接入后，其与公共电网连接（如用户进线开关）处的电压偏差、电压波动和闪变、谐波、三相电压不平衡、间谐波等电能质量指标应满足相应电能质量国家标准要求。分布式电源并网验收时，应检测并网电谐波。参考文献[1] 《国家电网公司关于印发分布式光伏发电并网方面相关意见和规定的通知》国家电网办 [2012]1560 号[2] 《分布式光伏发电项目接入系统内容及技术要求》[3] 《分布式光伏发电接入系统典型设计》[4] 《油浸式电力变压器技术参数和要求》 GB/T6451-2008 [5] 《电力电缆线路运行规程》 Q/GDW512— 2010 [6] 《电力系统设计手册》[7] 《光伏电站接入电网技术规定》 Q/GDW-2011 作者简介：李朝顺，男，硕士，教授级高级工程师，注册电气工程师，注册咨询工程师，辽宁省电力经济技术研究院副院长兼沈阳电力勘测设计院院长，辽宁省电力有限公司首席专家，全国电力勘测设计行业资深专家，中国工程咨询协会专家。龚树东：男，高级工程师，沈阳供电公司电力经济技术研究所规划评审室主任 13909816532 刘 宇：男，本科学历，从事电力系统设计、电网规划等工作。林 毅：男，本科学历，电力技师，从事电力系统设计、电网规划等工作。王 楠：男，硕士研究生学历，助理工程师，从事电力系统设计、电网规划等工作。