馬彰勛

(協(xié)鑫能源工程有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

0 引 言

2020年9月，習(xí)近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布，中國CO2排放力爭2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和[1]。數(shù)據(jù)顯示，能源燃燒是我國主要的CO2排放源，占全部CO2排放的88%左右，電力行業(yè)排放又約占能源行業(yè)排放的41%[2]，因此推動高耗碳發(fā)電向綠色發(fā)電轉(zhuǎn)型是一個重要的發(fā)展方向。隨著近年來光伏電站的快速建設(shè)，規(guī)?；衫谩皟?yōu)質(zhì)”地面愈發(fā)緊促，根據(jù)PVsyst軟件計算，在我國中緯度地區(qū)，100 MW規(guī)模級別的光伏電站有效占地愈133 hm2，高緯度地區(qū)或山地丘陵地形地區(qū)的數(shù)值將大幅增加，可見在不考慮電力接入的情況下，僅僅占地這一環(huán)節(jié)便束縛著大型地面電站的建設(shè)。經(jīng)過現(xiàn)勘及了解發(fā)現(xiàn)，許多已建成電站周邊尚存許多可利用地塊，本文結(jié)合已投運項目，以充分利用本部分地面為基礎(chǔ)，從技術(shù)角度進行研究、計算并形成了結(jié)論。

1 可行性及方案介紹

根據(jù)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，在電力接入、土地以及與原設(shè)計深度契合等邊界條件下，提出了一種基于已投運電站條件擴容的生產(chǎn)模式及計算，主要依托于四點：

1)光伏電站的設(shè)計中，考慮產(chǎn)品的序列性，線纜及部分電氣元件的選型基本都會有一定的裕量，具備有限擴容的條件；

2)對于以往的光伏電站，容配比基本為1:1左右，但根據(jù)2020年典型地區(qū)不同容配比LCOE的計算結(jié)果，其容配比最大已至1.8：1[2]；

3)根據(jù)設(shè)計及運行數(shù)據(jù)，系統(tǒng)效率鮮有超過85%的項目，因此相較于核準容量，尚有15%以上的有效缺額；

4)作為組件固有屬性，光致衰減(首年2%～3%，之后0.55%～0.8%)為擴容出力提供了更大的空間。

因此，條件限額擴容基本不影響電力系統(tǒng)的接入，兼有可利用土地的情況下，在技術(shù)上具備可行性。

面向補貼電站的增容應(yīng)分系統(tǒng)計量并劃分好產(chǎn)權(quán)分界，做到結(jié)構(gòu)簡單、計量清晰、分界明確。基于此提出3種擴容方案：

方案一，新增光伏發(fā)電方陣，含就地升壓變，其出口并入原系統(tǒng)，接入點配置計量表計；

方案二，在原系統(tǒng)方陣的基礎(chǔ)上增加光伏組件陣列，含逆變器/匯流箱，其對應(yīng)出口并入原系統(tǒng)，接入點配置計量表計；

方案三，新增光伏發(fā)電子陣、匯集線路及接入柜(升壓站內(nèi))，接入柜內(nèi)配置計量表計。

考慮普適性，本文主要就方案一結(jié)合項目實例進行說明。

2 項目情況

項目地位于徐州，已于2016年實現(xiàn)并網(wǎng)。遠景建設(shè)規(guī)模為20 MW，一期實際裝機容量10.8427 MWp。建設(shè)35 kV開關(guān)站1座，35 kV采用單母線接線形式，包括：1回出線，2回光伏匯集線路進線，1個無功補償間隔，1個接地變兼站用變間隔，1個PT間隔，1個計量間隔。其中無功補償容量為5 Mvar。測控保護方面， 匯集進線斷路器配置常規(guī)線路保測一體裝置，35 kV出線柜至對側(cè)配置光纖差動保測一體裝置。

光伏場區(qū)配套建設(shè)9臺箱變，包括1臺容量為2 000 kVA的箱變和8臺1 000 kVA的箱變，其通過一回35 kV集電線路以直埋敷設(shè)接入35 kV開關(guān)站，35 kV匯集線連接方式及電纜規(guī)格選擇見表1。

表1 35 kV集電線路連接方式及電纜規(guī)格

3 設(shè)備核算

本項目光伏場區(qū)35 kV電纜選用兩種規(guī)格：ZR-YJHLV22-26/35 kV-3×95 mm2和ZR-YJHLV22-26/35 kV-3×120 mm2，以直埋方式敷設(shè)，敷設(shè)間距不小于0.25 m，其載流量見表2。

表2 35 kV鋁合金電纜載流量

電纜直埋敷設(shè)計算載流量時需考慮土壤溫度校正系數(shù)、土壤熱阻校正系數(shù)及并列敷設(shè)校正系數(shù)的影響[3]。根據(jù)項目地情況及電纜敷設(shè)現(xiàn)狀，綜合校正系數(shù)為

k1=k11×k12×k13[4]

(1)

式中：k11—溫度校正系數(shù)，取0.96；

k12—土壤熱阻系數(shù)，取0.93；

k13—并列敷設(shè)系數(shù)，取0.92。

因此，綜合校正系數(shù)為0.8214， 規(guī)格為ZR-YJHLV22-26/35 kV-3×120 mm2的電纜實際載流量為197 A?？紤]35 kV匯集線額定電流為165 A，可知電纜約束下，可增配的容量約為2 MW。

4 繼電保護定值現(xiàn)狀

按照新增2 MW裝機容量，根據(jù)繼電保護現(xiàn)狀，方案涉及1號匯集進線和出線繼保裝置的定值設(shè)定。

目前1號匯集進線、出線的保護功能投、退及定值設(shè)定見表3、表4。

②過流Ⅰ段、Ⅲ段電流為投入狀態(tài)，過流Ⅱ段電流為退出狀態(tài)。

5 繼電保護定值核定與計算

參照項目接入系統(tǒng)方案，按短路電流實用計算方式進行計算[5]，將新增的2 MW納入考慮后，短路電流計算結(jié)果見表5。

5.1 匯集進線保護定制核定與計算(PSL641U部分)

5.1.1 過流I段保護

過流I段保護動作電流按避越變壓器外部故障的最大短路電流計算[6]，即

Idz=Kk×Id.max

(2)

式中：Kk—可靠系數(shù)，取1.6；

Id.max—變壓器外部故障的最大短路電流。

因此，增容前整定計算值為414 A，增容后整定計算值為417 A，實際整定值為450 A?？芍?，增容前后計算整定值相差不大，因此本部分保持不變。

5.1.2 過流III段保護

過流III段保護動作電流應(yīng)與相鄰的延時段或過電流保護配合整定，同時，電流定值還應(yīng)躲過最大負荷電流，最大負荷電流應(yīng)考慮常見運行條件下可能出線的最嚴重情況[7]，即：

Idz=Kk/Kf×Ifh.max

(3)

式中：Kk—可靠系數(shù)，取1.2；

Kf—返回系數(shù)，取0.95；

Ifh.max—最大負荷電流。

因此，增容前整定計算值為208 A，增容后整定計算值為250 A，實際整定值為110 A?？芍?，實際整定值與計算整定值不一致，經(jīng)核查歷史記錄，存在實際運行電流為超過設(shè)定值110 A的情況，已復(fù)核調(diào)整。

5.2 出線保護定制核定與計算(NSR618RF-D02部分)

5.2.1 低壓閉鎖過流保護

低電壓閉鎖的過電流保護定值，與過電流保護計算基本一致，不同的是其最大負荷電流的計算可以不考慮負荷自啟動電流。本項目無功補償容量為5 Mvar，計算負荷電流時應(yīng)按全容量投入考慮。經(jīng)計算，增容前整定計算值為234 A，增容后整定計算值為271 A，實際整定值為240 A，與增容前計算基本一致，因此增容后，其值宜修整為280 A。

5.2.2 差動保護電流

差動保護動作電流應(yīng)躲避合閘時的最大充電電流，并可靠躲過區(qū)外故障時的最大不平衡電流。通常按照電容電流乘以一定的系數(shù)整定(投入電容電流補償時，取較低系數(shù)；不投時取較高系數(shù))，一般不小于0.1～0.2In[8]。

5.3 充電功率計算

光伏站內(nèi)匯集線路充電功率：

(4)

式中：C1—單位長度35 kV電纜電容，取0.146 μF/km；

L1—35 kV電纜長度。

因此，增容前計算值為0.14 Mvar(電纜長度為2.5 km)，增容后計算值為0.168 Mvar(電纜長度為3 km)。

送出線路充電功率：

(5)

式中：C2—單位長度35 kV架空線路電容，取0.905 μF/100 km；

L2—35 kV架空線路距離，取4.2 km。

因此，增容前后對應(yīng)的充電電流分別為2.43，2.89 A。

5.4 區(qū)外不平衡電流

區(qū)外故障時，最大不平衡電流為

Ig=Kf×Ifh.max

(6)

式中：Kf—分流系數(shù)，取0.3；

Ifh.max—最大負荷電流。

因此，增容前整定計算值為55.5 A，增容后整定計算值為59.4 A，實際整定值為80 A?？芍鋈萸昂笥嬎阏ㄖ迪嗖畈淮?，實際整定值均滿足需求。

5.5 儲 能

隨著以風(fēng)、光為代表的新能源發(fā)電裝機規(guī)模的擴大，其對于電力系統(tǒng)的滲透率逐漸增加。為了提升電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力、促進新能源的消納和能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，對于新建設(shè)的集中式風(fēng)電、光伏發(fā)電應(yīng)按地方要求結(jié)合項目實際情況配套建設(shè)一定容量的儲能系統(tǒng)。

6 結(jié)論與展望

在“碳達峰、碳中和”的背景下，基于一種新的光伏電站建設(shè)模式，完成了典型增容方式下的過程計算。在該模式下，結(jié)構(gòu)簡單、產(chǎn)權(quán)清晰、功能齊備，響應(yīng)了國家和行業(yè)標準對于光伏電站的最新要求，同時，在基本不增加基礎(chǔ)設(shè)備的情況下，通過微調(diào)部分保護定值即可釋放一定的產(chǎn)能。

截至2020年底，全國光伏發(fā)電累計裝機容量約253.4 GW，其中光伏電站占比69%，約174.7 GW。一般在原建設(shè)容量的基礎(chǔ)上擴容10%左右具有較高的可行度，按照光伏電站裝機容量50%具備擴容條件的前提下，可擴容裝機規(guī)模約9 GW，具有非常好的市場和社會價值。