分布式光伏电源接入方式及其保护与控制研究

摘 要：随着国家新能源利好政策的出台，越来越多的分布式电源将接入公用电网，这些电源的接入，不仅存在规模化带来的电网总体负荷平衡问题，还将对配电网安全运行构成直接影响。为了能够响应国家政策，积极消纳新能源同时确保配电网安全运行，就必须从分布式能源特征入手，考虑其对配电网所带来的各种影响。文章先探讨分布式光伏电源的接入方式，然后分析对配电网的影响，最后分析针对性的保护措施。通过文章分析，以期提高配电网系统对分布式电源接入的适应能力。

关键词：分布式光伏；配电网；接入方式；影响

分布式光伏电源作为一种并网发电的形式，主要应用于中、低压配电网络中，一般以10千伏及以下电压等级接入公用电网或离网运行。由于光伏电源本身对一次能源不可控，若不配备电能存储设备，将存在随机性及波动性的发电特性。对于配电网来说，做为电源接入公共电网，对公用电网及其它用户造成的安全影响相对于其产生的经济效益来说要一样重要，对其入网运行安全评估是必要环节。

1 分布式光伏电源的接入方式

1.1 采用10V专线并入电网

这是一种非常典型方式，一般应用于商业化运营的小型发电公司，直接与电网企业进行电能交易，没有直馈用户。专线一般经配电线路接于电网公司的变电站或开闭所的10千伏母线。这种方式对于用户来说，投资较大，一般为公共电网未覆盖的无电地区所应用的一种并网方式。这种接入方式，如果是完整接线，有利于配电网综合调度与安全控制，对公共电网其它用户直接影响较小，但对接入点上一级保护影响不可忽视。

1.2 利用T接方法并入到10kV公用电网线路

T接也存在多种形式，根据不同的设计，有接入干线，有接入支线方案。对于光伏电源企业来说，是一种较为经济的接入形式，但对电网安全运行却构成一定影响，并网线路故障，影响该线路的所有用户，这种接入方式，应纳入配电网统一调度管理，接入调度自动系统。

图1 采用10kV专线并入电网的方式并接入公共电网

1.3 分布式光伏接入380v低压母线

分布式光伏发电系统直接通过电缆来接到配电变压器380V配电系统，一般为民用自发自用、余电上网的小型光伏电源，装机不超过6MW。随着科技进步、光伏产品价格不断下降，以及智能家居的普及，这种并网方式将会越来越多，其分散性、规模化、反调峰特性、无调度管理特征将对电网安全运行带来一定威胁。

2 接入配电网的影响

分布式光伏电源在接入配电网之后，对配电网的影响大致如下：首先，对电压产生影响。分布式光伏电源在接入之后，沿馈线潮流方向传输功率将会减少，线损降低，使得沿馈线各负荷节点处的电压将会被抬高。若电源功率较大，在不同光照条件下，还将会对电压造成波动及闪变。其次，会产生非正常孤岛。在实际工作中，越来越多的分布式光伏电源的接入将会使得非正常孤岛产生的可能性将会变得越来越大。非正常孤岛一旦产生就会对整个电网及其它用户正常用电造成影响。在电网部分区域分布式电源达到一定规模后，应做好运行分析以及适时开展网源协调改造，保证其它用户可靠供电同时，保证发电设备安全。最后，对于短路电流助增作用。分布式光伏电源接入之后，线路故障将会提供短路电流，故障点的短路电流与网侧单一线路计算值将会存在差异，导致网侧不能快速切除故障，危及线路安全。2003年美国的NERL（美国可再生能源国家实验室）曾做过关于分布式发电与配电网络之间的交互影响的研究。采用以逆变器方式接入的分布式电源，仿真原型建立在13.2kV的中压配电网络上，分布式电源的容量是5MW，研究重点是熔断保护特性。结果表明，当发生单相和三相故障时，以逆变器方式接入的分布式电源对短路电流的贡献很小，短路电流主要来自主网，甚至比5MW感应电机提供的短路电流还要小的多。因此，可以得出以控制电流注入的光伏电源逆变器对短路电流贡献不大的结论。但是也应注意其规模化后对上一级电网短路电流的影响。

3 保护措施研究

3.1 对于电压过高的控制

分布式光伏电源在接到配电网之后电压会造成负荷节点电压升高，针对这种情况，可在配电网络中设置有载调压变压器及调压器等设备进行处理，在光伏集中地区，可选用动态无功补偿（SVG）调节无功，稳定电压。

3.2 对非正常孤岛的防范

一是加强光伏电源近区负荷监控与预测，做好电站出力与负荷统计分析，随着光伏电站规模不断增大，电站出力大于等于干线负荷时，可考虑配电网分网改造；二是加强电站保护装置的运行维护，在保证系统要求的低电压穿越穿越能力、频率偏差前提下，尽可能加强与配电网网侧保护及安全自动装置（含备自投）装置定值配合，在电站无故障条件下，能够快速、可靠的将电站与系统隔离。

3.3 对于短路电流的控制

光伏电站集中在一个区域，装见规模增大后，如前述分析，应及时校核负荷支线（一般线径较小、保护简单）末端短路故障时支线的热稳定以及多个光伏电站公用并网段线路的短路电流，及时更换导线以及支线保护设备，提高光伏电站过电流保护灵敏度。必要时应进行配电网分网改造。随着国家节能减排政策的进一步深化，越来越多的分布式发电设备入网，配电网负荷特性发生变化，这些发电设备的入网运行，对配电网安全运行、管理带来诸多问题。文章首先是分析了其接入方式，之后分析其影响，最后借助其影响来分析保护控制措施。通过文章的分析发现分布式光伏电源的接入必须要进行严密监控，实施过程监督管理，在实际工作中要掌握其运行特性，通过实时监控与运行分析，不断提高电站端、配电网端的相互适应能力，在保证安全运行的前提下，积极响应国家政策，提高新能源设备利用率。

参考文献

[1]王斯成.最新世界和中国光伏动态[A].中国可再生能源行业协会年会[C].2008.

[2]赵春江，杨金焕，陈中华，等.太阳能光伏发电应用的现状及发展[J].节能技术，2007，25（5）：461-465.

[3]陈树勇，鲍海，吴春洋，等.分布式光伏发电并网功率直接控制方法[J].中国电机工程学报，201l，3l（10）：6-11.