皇甫超越
(江門電力設(shè)計院有限公司,廣東江門529000)
開發(fā)并網(wǎng)光伏發(fā)電項目是實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。光伏項目利用當(dāng)?shù)靥柲苜Y源建設(shè)光伏電站,可以改善當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的能源結(jié)構(gòu),優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)。本文主要針對江門新會地區(qū)的一個光伏并網(wǎng)方案進行詳細分析。
分布式電源接入不應(yīng)對現(xiàn)有配電網(wǎng)用戶正常用電帶來不良影響。在確定接入方案時,應(yīng)以配電網(wǎng)的運行安全為前提,接入容量和接入點均充分考慮配電設(shè)備和用戶端電壓合格率等參數(shù)。對于三相平衡供電線路,分布式發(fā)電功率返送產(chǎn)生的電壓偏差Δu(標幺值)如下:
式中,Pdn為返送有功功率(kW);l為線路長度(km);Un為額定電壓(kV);R0為線路單位長度電阻(Ω/km);X0為線路單位長度電抗(Ω/km);φ為功率因數(shù)角(rad)。
可見線路截面?。▎挝婚L度阻抗大)、供電距離遠易產(chǎn)生電壓越限;反之則先受到設(shè)備載流能力限制。
分布式發(fā)電一般用來滿足當(dāng)?shù)刎摵晒╇?,以減少大規(guī)模輸變電帶來的電力損耗,但功率返送會對系統(tǒng)運行帶來不利影響,因此就地消納是分布式電源接入方案選擇的第二原則。在方案選擇時需盡可能精確測算發(fā)電與負荷的容量及時間特性,優(yōu)先選擇能使所發(fā)電能在本配電臺區(qū)或上一級變電站供電區(qū)域內(nèi)完全消納的方案。
選擇確定分布式電源接入配電網(wǎng)方案是一個統(tǒng)籌分析發(fā)電與電網(wǎng)情況,互相協(xié)調(diào)、不斷適應(yīng)的過程,主要步驟如下:
(1)分析分布式電源發(fā)展規(guī)模與地域分布。如采用集中電站模式(10 kV或20 kV)接入,則初步確定電站規(guī)模和位置;如采用380 V(220 V)低壓接入,則根據(jù)發(fā)電分布和配電臺區(qū)地理劃分情況初步確定各臺區(qū)包含的分布式電源裝機容量。當(dāng)不能確定分布式發(fā)電采用何種模式接入時,可分別考慮不同方案類型。
(2)分析分布式發(fā)電的消納方式和范圍,計算校核配電網(wǎng)的適應(yīng)性。根據(jù)當(dāng)?shù)刎摵煞植?、特性和發(fā)電容量、特性分析接入臺區(qū)可能產(chǎn)生的最大返送功率;總發(fā)電能消納時還需計算各段線路的潮流情況并分析電壓分布;如存在較大返送功率需定量計算此時各線路的最高電壓和設(shè)備荷載情況。
(3)根據(jù)實際問題調(diào)整接入方案。當(dāng)分布式電源接入線路末端使電壓不滿足要求時可將并網(wǎng)點盡量向上級配電出口靠近以降低線路電壓抬升;當(dāng)設(shè)備容量不足時需調(diào)整當(dāng)前項目接入容量,分階段并網(wǎng)并盡快開展配電網(wǎng)擴容改造。
在滿足電網(wǎng)安全和保證消納的基礎(chǔ)上,可利用附近配電網(wǎng)設(shè)施以靈活的方式接入,以減少接入投資和建設(shè)改造的工程量。
本文以“新會李錦記光伏發(fā)電項目接入系統(tǒng)”為例描述方案選擇原則的應(yīng)用。
李錦記(新會)食品有限公司位于江門新會區(qū),該廠區(qū)負荷約為3.9 MW,江門電網(wǎng)主要通過110 kV七堡站為其供電。該站主變?nèi)萘繛?×40 MVA,10 kV有出線8回,備用出線4回,其中有1回10 kV專線(包裝線)接入廠區(qū)包裝廠配電房10 kV母線,另有1回10 kV公用線路(南區(qū)乙線)為該廠的麻油廠和醬油廠供電。
根據(jù)現(xiàn)廠區(qū)倉庫屋頂面積約46 875.31 m2的安裝太陽能電池板位置,光伏發(fā)電項目裝機容量可達3.5 MWp。整個廠區(qū)負荷約為3.9 MW,考慮0.9的同時率,最大用電負荷約為3.5 MW,本期光伏發(fā)電可以在包裝廠10 kV配電房內(nèi)全部消納,滿足光伏能源就地消納原則。
(1)110 kV電壓等級接入。若以110 kV電壓等級接入江門電網(wǎng),光伏發(fā)電需將電壓由380 V升為110 kV后接入,再經(jīng)過變電站主變降壓為10 kV電壓為廠區(qū)負荷提供電力。從電網(wǎng)潮流來看,將形成潮流迂回現(xiàn)象,并產(chǎn)生線路和主變損耗。廠區(qū)內(nèi)建設(shè)110 kV升壓站,則增加建站費用,總投資較大。該方案不可行。
(2)10 kV電壓等級接入。本期光伏發(fā)電項目可利用現(xiàn)有10 kV包裝線專用線路上送電力,廠房屋頂光伏發(fā)電項目裝機容量為3.5 MWp,可以10 kV電壓等級接入包裝廠10 kV配電房。從縮短供電距離及電力接地消納的角度考慮,滿足就近接入和靈活接入原則。
根據(jù)光伏發(fā)電相關(guān)標準設(shè)計,七堡站10 kV側(cè)母線短路時,光伏發(fā)電至短路點的短路電流按照1.5倍光伏電站額定電流考慮。如表1所示,七堡站各級電壓等級短路電流均滿足要求和電網(wǎng)安全原則。
表1 2020年110 kV七堡站各級電壓短路電流計算結(jié)果
2.4.1 對開關(guān)站的要求
系統(tǒng)方面對光伏發(fā)電開關(guān)站變壓器參數(shù)的選擇不做特殊要求,但變壓器容量選擇須滿足機組電力全部送出要求。
2.4.2 并網(wǎng)保護功能
作為接入電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備,項目逆變器應(yīng)保證并網(wǎng)運行對電網(wǎng)無沖擊、無擾動,各功能均應(yīng)符合分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)范。
(1)無沖擊、無擾動的并網(wǎng)控制。本項目逆變器的核心控制采用SVPWM技術(shù),通過檢測電網(wǎng)電壓,輸出與電網(wǎng)同頻、同相的電流,電流幅值受程序控制,與池板功率成正比。這既保證并網(wǎng)逆變器運行對電網(wǎng)電壓無沖擊、無擾動,又保證并網(wǎng)電流低諧波和高功率因數(shù)。
(2)無直流分量、安全、抗干擾的隔離變壓器并網(wǎng)方式。每臺逆變器均配有同功率級別的隔離變壓器,逆變器通過隔離變壓器進行并網(wǎng),實現(xiàn)對直流分量的電氣隔離,并提高逆變器并網(wǎng)安全性和抗干擾性。
(3)電網(wǎng)過壓、欠壓保護,過頻、欠頻保護。接入電網(wǎng)發(fā)生故障時,逆變器應(yīng)停止向電網(wǎng)供電,跳開交流接觸器,并發(fā)出警示信號。
(4)恢復(fù)并網(wǎng)保護。1)因超保護閾值狀態(tài)導(dǎo)致逆變器停止向電網(wǎng)供電后,在電網(wǎng)電壓和頻率恢復(fù)到正常范圍后的20 s~5 min,逆變器不向電網(wǎng)供電。達到整定時間后,系統(tǒng)再自動檢測電網(wǎng)電壓、頻率、相位是否與本身的在一定范圍內(nèi)一致。如果一致,自動控制交流接觸器合閘,重新與系統(tǒng)并網(wǎng)。2)當(dāng)本系統(tǒng)沒有能量輸出,不能對外供電時,監(jiān)控系統(tǒng)自動跳開交流接觸器,這樣可減少隔離變壓器的不必要電能損耗。
(5)防孤島效應(yīng)保護。并網(wǎng)逆變器是獨立的發(fā)電設(shè)備,為保護維護人員在電網(wǎng)故障停運時的安全,本項目逆變器應(yīng)提供“防孤島效應(yīng)保護”。若逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷,逆變器在2 s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電,并發(fā)出警示信號。
(6)諧波分量控制。并網(wǎng)發(fā)電后,將在發(fā)電段進行諧波檢測,根據(jù)檢測結(jié)果進行治理,主要依靠并網(wǎng)逆變器來保證,控制產(chǎn)生的諧波分量滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)定。
根據(jù)調(diào)度要求,光伏電站及包裝廠配電房側(cè)發(fā)生短路故障時,需0 s切除故障點;當(dāng)電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時,光伏發(fā)電側(cè)逆變器孤島保護及低頻低壓解列裝置需0.6 s內(nèi)與系統(tǒng)解列??紤]到系統(tǒng)對并網(wǎng)小電源的可能影響,提出低頻低壓解列功能的必要性。系統(tǒng)故障聯(lián)跳小電源后,可在6.5 s時間恢復(fù)并網(wǎng)。七堡站110 kV備自投動作,需考慮切除小電源,因此本期工程當(dāng)110 kV備自投動作時需提供跳閘信號至李錦記10 kV包裝廠配電房側(cè),跳開并網(wǎng)柜斷路器。
光伏電站和開關(guān)站實時遠動信息要求送調(diào)度SCADA/EMS系統(tǒng),有關(guān)電度量送計量自動化系統(tǒng)。此外,光伏電站的監(jiān)控系統(tǒng)需具備有功功率控制功能、無功功率和電壓調(diào)節(jié)能力,并配置二次安防系統(tǒng)。
本文通過分析分布式電源接入的三大原則,以光伏并網(wǎng)的案例逐一說明了原則的應(yīng)用對方案制定的影響,分別就裝機容量、接入點短路容量計算、接入電壓等級合理性對比、保護配置以及監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)等方面描述了分布式變電站需要考慮的重要因素。
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