廖彬

（廣東南海電力設(shè)計(jì)院工程有限公司　廣東佛山　528200）

1　引言

近年來(lái)，我國(guó)為了解決能源短缺問(wèn)題，降低因?qū)Y源的過(guò)度開(kāi)發(fā)造成的環(huán)境污染問(wèn)題，大力推廣節(jié)能減排和新能源的開(kāi)發(fā)。作為節(jié)能環(huán)保的可再生新能源，光伏發(fā)電的應(yīng)用日益廣泛。通過(guò)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，不進(jìn)降低了對(duì)環(huán)境的污染和資源開(kāi)發(fā)，而且具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的設(shè)計(jì)技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

2.1　太陽(yáng)能電池組

現(xiàn)階段，常見(jiàn)的太陽(yáng)能電池組由結(jié)晶硅構(gòu)成。當(dāng)結(jié)晶硅在太陽(yáng)的照射下，在硅材料上形成與其類型相反的摻雜層，出現(xiàn)較大面積的PN結(jié)，并在PN結(jié)周圍形成光生電壓。在太陽(yáng)能電池的P端和N端引出連接到負(fù)載上，就會(huì)形成電流流通，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能往電能的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

2.2　蓄電池

作為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，蓄電池主要是將太陽(yáng)能電池轉(zhuǎn)化的電電能進(jìn)行儲(chǔ)存，并當(dāng)因一些外界因素影響（例如連續(xù)陰天、雷雨季節(jié)）導(dǎo)致太原能電池發(fā)電量不足時(shí)，可以將儲(chǔ)存的電能進(jìn)行釋放。一般情況下，在進(jìn)行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池選擇時(shí)，會(huì)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，在確保蓄電池安全可靠的情況，選擇相對(duì)經(jīng)濟(jì)且符合系統(tǒng)要求容量的產(chǎn)品。

2.3　充電控制器

通過(guò)設(shè)置充電控制器，可以有效的保護(hù)蓄電池的性能，降低過(guò)充放電對(duì)蓄電池的危害。它可以對(duì)太陽(yáng)能電池組輸送給蓄電池的電流和電壓進(jìn)行控制，也可以對(duì)蓄電池對(duì)負(fù)載的輸出電壓和電流進(jìn)行控制，從而達(dá)到對(duì)蓄電池的充電和放電進(jìn)行控制的目的，最終保護(hù)蓄電池的性能和使用壽命。

2.4　逆變器

由于太陽(yáng)能電池組轉(zhuǎn)化的電能為直流電，只有對(duì)直流電進(jìn)行一定的處理，才能將其接入到電網(wǎng)當(dāng)中，投入使用。通過(guò)設(shè)置逆變器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電的控制、檢測(cè)和保護(hù)作用。當(dāng)逆變器接收到來(lái)自于太陽(yáng)能電池組的滯留電流和電壓等信號(hào)時(shí)，根據(jù)分析和處理，向驅(qū)動(dòng)號(hào)主電路發(fā)出控制信號(hào)，將直流電轉(zhuǎn)化為正弦波電流，實(shí)現(xiàn)了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電。

3　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的不利影響

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在一定的技術(shù)特點(diǎn)，接入電網(wǎng)后會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生一些影響，因此，在進(jìn)行接入電網(wǎng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須著重注意降低和杜絕以下因素的影響。

3.1　對(duì)電壓的影響

當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電源接入到電網(wǎng)之后，會(huì)減少饋線上的傳輸功率，從而提升了饋線相關(guān)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓，甚至?xí)?dǎo)致出現(xiàn)一些節(jié)點(diǎn)的電壓產(chǎn)生偏移超標(biāo)的問(wèn)題。此外，由于隨著太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度的變化，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量也存在一定的差異，這會(huì)引起電網(wǎng)線路的電壓持續(xù)處于波動(dòng)狀態(tài)，影響供電系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。

3.2　對(duì)電流保護(hù)的影響

在分布式電網(wǎng)中，光伏系統(tǒng)處于保護(hù)電路的下游，而產(chǎn)生故障的短路點(diǎn)處于保護(hù)電路的上游，這時(shí)光伏系統(tǒng)會(huì)對(duì)電流的保護(hù)產(chǎn)生影響，會(huì)導(dǎo)致短路點(diǎn)出現(xiàn)較大的短路電流，從而使得出現(xiàn)保護(hù)無(wú)動(dòng)作，引起系統(tǒng)跳閘的問(wèn)題。

3.3　注入諧波電流

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器在進(jìn)行工作過(guò)程中，會(huì)因?yàn)殡娮釉淖饔卯a(chǎn)生一定的諧波。當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，這部分諧波會(huì)跟隨著電能進(jìn)入到電網(wǎng)當(dāng)中，對(duì)電網(wǎng)造成一定的污染。

3.4　孤島效應(yīng)

當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，可能會(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)，從而引發(fā)以下安全問(wèn)題：

（1）影響相關(guān)電網(wǎng)檢修人員的人身安全。

（2）會(huì)影響電網(wǎng)供電的質(zhì)量和穩(wěn)定性，造成用電復(fù)雜設(shè)備因電壓不穩(wěn)定產(chǎn)生燒損的問(wèn)題。

（3）當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)正常時(shí)，因相位不同步的問(wèn)題，在電網(wǎng)中引發(fā)較大的電流沖擊，影響相關(guān)人員和設(shè)備的安全。

4　分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的設(shè)計(jì)分析

根據(jù)電網(wǎng)相關(guān)要求，對(duì)380V和10（20）kV電壓等級(jí)接入用戶側(cè)的接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，（如圖1～2）下面將針對(duì)相關(guān)技術(shù)要求進(jìn)行分析。

圖1　分布式光伏系統(tǒng)通過(guò)用戶配電房及10（20）kV專線接入電網(wǎng)

圖2　通過(guò)用戶0.38kV配電箱及10（20）kV專線接入電網(wǎng)

4.1　接入電壓等級(jí)

當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)過(guò)程中，并網(wǎng)點(diǎn)處的電壓超過(guò)規(guī)定的范圍時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定要求停止分布式發(fā)電系統(tǒng)的送電。例如：如果并網(wǎng)點(diǎn)此時(shí)的電壓在額定電壓的85～110%之間，電網(wǎng)正常運(yùn)行，如果超出這個(gè)范圍或者低于這個(gè)范圍，應(yīng)在0.2s內(nèi)停止進(jìn)行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電行為。在進(jìn)行分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)毓╇娋€路的實(shí)際情況，以及光伏電站的安裝容量，統(tǒng)籌分析，綜合考慮接入電壓等級(jí)電網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)要求，如配電容量、電能的質(zhì)量等，接入電網(wǎng)電壓等級(jí)要求如下：

（1）對(duì)于不超過(guò)1000kW的接入容量，應(yīng)按照380V的接入電壓等級(jí)；如果超過(guò)了1000kW的接入容量，則應(yīng)按照10kV的接入電壓等級(jí)。

（2）同一客戶的380V接入電壓的接入點(diǎn)數(shù)量應(yīng)低于5個(gè)，且接入總?cè)萘繎?yīng)低于5000kW。

（3）當(dāng)采用380V的接入電壓等級(jí)時(shí)，相關(guān)的單臺(tái)10/0.38kV專用變壓器的分布式光伏發(fā)電總量應(yīng)低于配電變壓器容量的85%；且相對(duì)應(yīng)的單臺(tái)10/0.38kV公用變壓器的分布式光伏發(fā)電總量應(yīng)低于配電變壓器容量的25%。

4.2　電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)要求

由于在電網(wǎng)中接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電壓產(chǎn)生影響，引起電壓的波動(dòng)和閃動(dòng)等問(wèn)題。為了降低這一影響，應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)置電能質(zhì)量檢測(cè)裝置。當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)后，對(duì)相關(guān)PCC點(diǎn)的電壓相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，查看是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求。例如：電壓偏差、并網(wǎng)點(diǎn)頻率、相電壓、電壓波動(dòng)和閃變以及三相不平衡等，關(guān)鍵的指標(biāo)要求如下：

（1）接入電網(wǎng)時(shí)，供電電壓的偏差不得上下浮動(dòng)超過(guò)7%。

（2）分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)時(shí)，為了確保系統(tǒng)穩(wěn)定且正常運(yùn)行，對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)的頻率要求應(yīng)控制在49.5～50.2Hz；如果出現(xiàn)頻率范圍不符合分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的問(wèn)題，應(yīng)確保逆變控制器可以在0.2s內(nèi)切斷分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸電工作。

（3）當(dāng)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入電網(wǎng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致連接點(diǎn)的電壓產(chǎn)生浮動(dòng)變化，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意此處電壓的浮動(dòng)不能超過(guò)3%。

4.3　防逆流控制

常見(jiàn)的防逆流控制可以分為以下方式：

（1）通過(guò)防逆流控制器對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的相關(guān)電流和電壓數(shù)據(jù)的采集，如果出現(xiàn)逆流問(wèn)題，其可以及時(shí)的控制逆變器的輸出功率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的關(guān)閉，從而降低因逆流產(chǎn)生損失。

（2）通過(guò)防逆流控制器對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的相關(guān)電流和電壓數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)出現(xiàn)逆流問(wèn)題時(shí)，防逆流控制一次性將所有的逆變器進(jìn)行關(guān)停，來(lái)對(duì)逆流進(jìn)行控制。

（3）通過(guò)防逆流控制器對(duì)產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)的電流和電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如果出現(xiàn)逆流問(wèn)題，其可以及時(shí)的控制逆變器的輸出功率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的關(guān)閉，從而降低因逆流產(chǎn)生損失。

4.4　防孤島效應(yīng)

孤島問(wèn)題的產(chǎn)生，會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備和工作人員帶來(lái)巨大的安全隱患。因此，在進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)過(guò)程中，為了有效的避免孤島對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。通過(guò)設(shè)置具有孤島檢測(cè)能力的逆變器，其能夠自動(dòng)檢測(cè)到孤島問(wèn)題后，快速的切斷分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的輸電連接。

5　結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)新能源的開(kāi)發(fā)力度越來(lái)越大。作為重要的新能源，太陽(yáng)能在生活中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通過(guò)將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行銜接，研究分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并采取相對(duì)應(yīng)的措施，實(shí)現(xiàn)了新能源的高效利用，推動(dòng)分布式光伏發(fā)電在我國(guó)電網(wǎng)中的持續(xù)發(fā)展。