蔡德福，汪 鵬，閆秉科，萬 黎，曹 侃，葉 暢，饒渝澤，王 瑩

（1.國網(wǎng)湖北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢430077；2.國網(wǎng)湖北省電力有限公司，湖北 武漢430077）

0 引言

近年來，湖北省以風(fēng)、光為主的新能源開發(fā)利用增速較快［1-3］。截至2019年底，湖北風(fēng)電、光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量10 267.1 MW，主要接入110 kV及以下電網(wǎng)，其中接入110 kV 電網(wǎng)6 782 MW，占比66.1%；接入35 kV及以下電網(wǎng)3 303 MW，占比32.2%。同時全省風(fēng)光資源分布不均，優(yōu)質(zhì)資源相對集中，使得風(fēng)光資源開發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)黃岡、孝感、隨州等局部區(qū)域接入較為集中。部分地區(qū)新能源無法在配電網(wǎng)就地消納，出現(xiàn)向主網(wǎng)倒送功率現(xiàn)象，甚至發(fā)生潮流和電壓越限等問題，影響到配電網(wǎng)的安全運(yùn)行［4-7］。

受光照資源時間分布不均衡和氣象變化的影響，分布式光伏的輸出具有隨機(jī)性、波動性、間歇性的特點(diǎn)，其可調(diào)可控性較差。隨著分布式光伏裝機(jī)容量的不斷增加，分布式光伏發(fā)電呈現(xiàn)“點(diǎn)多面廣、局部高密度并網(wǎng)”的特點(diǎn)［8］，分布式光伏與配電網(wǎng)之間的交互影響日益明顯，包括分布式光伏對配電網(wǎng)的影響和配電網(wǎng)對分布式光伏的影響兩方面［9-17］。分布式光伏大規(guī)模高密度并網(wǎng)將影響配電網(wǎng)的無功調(diào)節(jié)［18-20］、電能質(zhì)量［21-23］、保護(hù)配置［24-26］、發(fā)電規(guī)劃［27-29］等規(guī)劃設(shè)計(jì)和調(diào)度運(yùn)行的各個方面；同時，對電網(wǎng)運(yùn)行的影響呈現(xiàn)“局部向全局發(fā)展、配電網(wǎng)向主網(wǎng)延伸”的趨勢。

國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定新能源場站以及分布式電源的電壓和頻率耐受能力原則上與同步發(fā)電機(jī)組的電壓和頻率耐受能力一致［30］。本文首先介紹了分布式光伏涉網(wǎng)技術(shù)要求，對湖北省接入35 kV和10 kV電壓等級的分布式光伏項(xiàng)目的電壓和頻率耐受能力進(jìn)行了多維度分析，著重分析了不滿足頻率響應(yīng)要求和不滿足電壓保護(hù)動作時間要求的分布式光伏項(xiàng)目情況，并提出了相應(yīng)的整改建議。

1 分布式光伏涉網(wǎng)技術(shù)要求

分布式電源是指接入35 kV 及以下電壓等級電網(wǎng)、位于用戶附近，在35 kV及以下電壓等級就地消納為主的電源，包括同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、變流器等類型電源。分布式光伏為變流器類型電源，其涉網(wǎng)技術(shù)要求如下［31］：

1）當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)頻率在49.5 Hz～50.2 Hz范圍之內(nèi)時，分布式光伏應(yīng)能正常運(yùn)行。

2）分布式光伏應(yīng)具備一定的耐受系統(tǒng)頻率異常的能力，能夠在表1 所示的電網(wǎng)頻率范圍內(nèi)按規(guī)定運(yùn)行，并應(yīng)按表1要求進(jìn)行頻率保護(hù)配置。

表1 分布式光伏的頻率響應(yīng)時間要求Table 1 Frequency response time requirements of distributed photovoltaic

3）當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓在標(biāo)稱電壓的85%～110%時，分布式光伏應(yīng)能正常運(yùn)行。

4）當(dāng)分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)處電壓超出表2規(guī)定的電壓范圍時，應(yīng)在相應(yīng)的時間內(nèi)停止向電網(wǎng)線路送電。

表2 電壓保護(hù)動作時間要求Table 2 Voltage protection action time requirements

表2 中UN為分布式光伏并網(wǎng)點(diǎn)的電網(wǎng)額定電壓；最大分閘時間是指異常狀態(tài)發(fā)生到電源停止向電網(wǎng)送電的時間。

分布式光伏的頻率響應(yīng)時間和電壓保護(hù)動作時間一般可通過對逆變器的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置來滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，但有時受制于逆變器的過流和絕緣水平，無法通過調(diào)整逆變器的參數(shù)設(shè)置使其滿足電壓保護(hù)動作時間要求。

2 湖北省分布式光伏電壓和頻率耐受能力

本次共核查分布式光伏項(xiàng)目703 個，容量共計(jì)1 052.48 MW，其中接入10 kV 的701 個，接入35 kV 的2 個；直接接入公共電網(wǎng)的693 個，接入用戶側(cè)的10個；涉及逆變器數(shù)量共12 215 個。各地市公司分布式光伏項(xiàng)目情況如表3所示。其中十堰地區(qū)分布式光伏項(xiàng)目數(shù)量最多、容量最大、逆變器數(shù)量最多。

表3 各地市公司分布式光伏項(xiàng)目Table 3 Distributed photovoltaic of different power supply companies

通過核查，共查出62個分布式光伏項(xiàng)目不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求，占核查分布式光伏項(xiàng)目的8.8%；涉及容量共計(jì)212.51 MW，占總?cè)萘康?0.2%；涉及逆變器1 523個，占逆變器總數(shù)的12.5%。

共有20 個分布式光伏項(xiàng)目不滿足頻率響應(yīng)時間要求，占核查分布式光伏項(xiàng)目的2.8%，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求分布式光伏項(xiàng)目的33.3%；涉及容量共計(jì)77.77 MW，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求分布式光伏項(xiàng)目總?cè)萘康?8.8%；涉及逆變器519 個，占逆變器總數(shù)的4.2%，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求逆變器總數(shù)的34.3%。

共有61 個分布式光伏項(xiàng)目不滿足電壓保護(hù)動作時間要求（其中19個分布式光伏項(xiàng)目既不滿足頻率響應(yīng)時間要求也不滿足電壓保護(hù)動作時間要求），占核查分布式光伏項(xiàng)目的8.7%，占不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求分布式光伏項(xiàng)目的98.4%；涉及容量共計(jì)210.11 MW；涉及逆變器1 432個，占逆變器總數(shù)的11.7%。不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的分布式光伏項(xiàng)目共涉及8 家地市公司，其中黃岡公司最多，為17個。

不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的主要逆變器廠家分布情況如表4 所示，其中不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的逆變器數(shù)量排名前3 的廠家為華為（476 個逆變器，占比31.5%）、科士達(dá)（408 個逆變器，占比26.8%）、陽光電源（157 個逆變器，占比10.4%）。

表4 不滿足涉網(wǎng)技術(shù)要求的主要逆變器廠家Table 4 Major inverter manufacturers that do not meet grid-related technical requirements

3 不滿足頻率響應(yīng)時間要求的分布式光伏

不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行10 min要求的分布式光伏項(xiàng)目7個，涉及逆變器260個，涉及容量總計(jì)25.25 MW，其中咸寧地區(qū)3 個，涉及容量為15.6 MW，荊州地區(qū)4 個，涉及容量為9.65 MW。不滿足50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行2 min要求的分布式光伏項(xiàng)目18 個（其中5 個分布式光伏項(xiàng)目同時不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz 和50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行的時間要求），涉及容量總計(jì)60 MW，涉及逆變器269個。不滿足頻率響應(yīng)時間要求的20 個分布式光伏項(xiàng)目在各地市公司分布情況如圖1所示，涉及4家地市公司，其中黃岡地區(qū)最多，均為不滿足50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行2 min的要求。

圖1 不滿足頻率響應(yīng)要求的分布式光伏項(xiàng)目Fig.1 Distributed photovoltaic projects that do not meet frequency response time requirements

不滿足頻率響應(yīng)時間要求的20 個分布式光伏項(xiàng)目中，主要以不滿足50.2 Hz＜f ≤50.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行2 min 要求為主。只有7 個項(xiàng)目不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz應(yīng)能運(yùn)行10 min要求，在該頻率范圍內(nèi)只能運(yùn)行5 min，涉及容量總共為25.25 MW，分布在咸寧和荊州地區(qū)。

4 不滿足電壓保護(hù)動作時間要求的分布式光伏

不滿足電壓保護(hù)動作時間要求的分布式光伏項(xiàng)目如表5 所示，其中不滿足U＜50%UN最大分閘時間不超過0.2 s 要求的分布式光伏項(xiàng)目數(shù)量最多，為44 個；不滿足110%UN＜U＜135%最大分閘時間不超過2.0 s要求的分布式光伏逆變器數(shù)量最多，為792個。

表5 不滿足電壓保護(hù)動作時間要求的分布式光伏項(xiàng)目Table 5 Distributed photovoltaic projects that do not meet voltage protection action time requirements

部分同一分布式光伏項(xiàng)目的不同逆變器所不滿足的電壓保護(hù)動作時間要求不同，如咸寧地區(qū)的西湖光伏電站1 號逆變器的U＜50%UN最大分閘時間實(shí)際為0.5 s，不滿足0.2 s 的要求，2 號～32 號逆變器的110%UN＜U＜135%UN最大分閘時間實(shí)際為3 s，不滿足2.0 s 的要求。部分分布式光伏項(xiàng)目同一逆變器同時不滿足多個電壓范圍的保護(hù)動作時間要求，如荊門地區(qū)寅泰萬華家居光伏（一期）逆變器的U＜50%UN最大分閘時間實(shí)際為1.25 s，不滿足0.2 s 的要求，110%UN＜U＜135%UN最大分閘時間實(shí)際為15 s，不滿足2.0 s 的要求。不滿足電壓保護(hù)動作時間要求的61 個分布式光伏項(xiàng)目在各地市公司分布情況如圖2 所示，其中荊州、黃岡地區(qū)的分布式光伏項(xiàng)目最多。

圖2 分布式光伏項(xiàng)目分布情況Fig.2 The distribution of distributed photovoltaic projects

5 結(jié)語

通過對湖北省703個分布式光伏項(xiàng)目的電壓和頻率耐受能力進(jìn)行核查分析，發(fā)現(xiàn)共有62個分布式光伏項(xiàng)目不滿足相關(guān)要求，涉及容量212.51 MW，涉及逆變器1 523個，其中不滿足相關(guān)要求的逆變器廠家主要為華為、科士達(dá)和陽光電源。不滿足頻率響應(yīng)時間要求的分布式光伏項(xiàng)目有20 個，其中不滿足48 Hz ≤f ＜49.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行10 min 要求的有7 個，涉及容量25.25 MW；不滿足50.2 Hz ＜f ≤50.5 Hz 應(yīng)能運(yùn)行2 min要求的有18個，涉及容量60 MW。不滿足電壓保護(hù)動作時間要求的分布式光伏項(xiàng)目有61個，主要體現(xiàn)在不滿足U＜50%UN最大分閘時間不超過0.2 s 要求（有44個）和不滿足110%UN＜U＜135%UN最大分閘時間不超過2.0 s要求（有21個）。

對于不滿足相關(guān)要求的分布式光伏項(xiàng)目，應(yīng)根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)重新設(shè)置逆變器的頻率響應(yīng)時間和電壓保護(hù)動作時間參數(shù)。若分布式光伏逆變器不具備電壓保護(hù)動作時間參數(shù)調(diào)整設(shè)置條件，建議采取針對性的技術(shù)改造措施。

隨著光伏發(fā)電等新能源大量接入電網(wǎng)，保證高比例新能源電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)高效消納的重要基礎(chǔ)，對分布式光伏的電壓和頻率耐受能力提出了新的要求。光伏發(fā)電逆變器為靜止式的電源部件，自身頻率適應(yīng)性很強(qiáng)。國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 37408—2019 光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)要求》已于2019年12月1日實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器在標(biāo)稱電壓的90%～110%時應(yīng)能正常運(yùn)行，在其他電壓范圍時應(yīng)滿足低電壓穿越能力和高電壓穿越能力要求；當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)頻率在46.5 Hz～51.5 Hz范圍之內(nèi)時，應(yīng)能正常運(yùn)行，并規(guī)定了9個不同頻率區(qū)間的運(yùn)行要求。