分布式光伏项目并网研究与应用

分布式光伏项目并网研究与应用

张文育

中国水利水电第九工程局有限公司贵州贵阳 550000

摘要：从分析分布式光伏发展条件状况出发，对分布式光伏发电系统、并网接入系统和对电网的影响分析和研究。以盘州某中学屋顶分布式光伏项目的负荷情况及分布式光伏发电的容量为依据，在保证对配电网影响较小的情况下，研究光伏发电系统原理、并网结构和接入配电网系统，以及对孤岛现象、电能质量的影响、系统潮流的影响、系统继电保护的影响，并完成该项目并网方案的设计。本文对分布式光伏项目并网研究与应用，旨在为今后建设其他分布式光伏项目并网提供有价值的参考和借鉴。

关键词：分布式光伏；并网接入；电网影响

前言：

当前，煤炭等化石能源在我国发电能源中处于基础地位，占据约75%的比重，但在经济及环境双重重压下，其比重不断下降，太阳能、水能、风能等可再生清洁能源所占比重在逐年升高。与此同时，我国倡导生态文明建设，发展绿色电力，落实国家“碳达峰、碳中和”战略，针对传统能源所带来的资源、环境等问题，必须进行能源转型升级，大力发展新型清洁能源，减少对传统化石能源的过度依赖。据国家能源局统计，我国“十三五”期间，清洁能源发展迅猛，带动着非化石能源的消费比重超百分之十五，其中太阳能发电装机规模突破2亿千瓦。太阳能作为典型的清洁可再生能源之一，在我国太阳能可开发区域广、资源丰富。

1工程介绍

以盘州某中学屋顶分布式光伏项目为例。该工程安装2278*1133型550W光伏组件1364块，总装机容量为750.2kWp；共使用组串式逆变器13台，包含1台33kW，1台36kW，1台70kW，1台110kW，4台60kW，3台50kW，2台40kW的逆变器，交流侧总容量为719kW；总共分为3个接入点，分别为110kW、133kW、476kW。

2理论发电量计算

2.1理论发电量计算公式

根据光伏发电设计规范GB50797-2012，光伏发电上网电量可按如下公式计算：

K

式中：——水平面太阳能总辐照量（kW·h/m²，峰值小时数）；

——上网发电量（kW·h）；

——标准条件下的辐照度（常数=1kW·h/m²）；

——组件安装容量（kWp）；

K ——综合效率系数。综合效率系数K包括：光伏组件类型修正系数、光伏方阵的倾角、方位角修正系数、光伏发电系统可用率、光照利用率、逆变器效率、集电线路损耗、升压变压器损耗、光伏组件表面污染修正系数、光伏组件转换效率修正系数。

2.2光资源估算数据

本项目采用SolarGIS太阳能资源评估，利用卫星遥感数据、GIS（地理信息系统）技术和先进的科学算法得到高分辨率太阳能资源及气候要素数据库。现已被广泛应用于光伏、聚光光伏和光热项目的前期开发、资源评估和发电量计算。SolarGIS实质上由一系列高分辨率的气象要素数据库构成，这些气象要素包括：太阳辐射（水平面总辐射GHI，法向直接辐射DNI，散射辐射DIFF），气象辐射（气温、湿度、压强、平均风速、风向），环境参数（海拔高度、地表倾斜角、地表方位角、地表植被、人口密度），主要参数在中国范围内分辨率可达到250m，所采用数据存在一定的不确定性。其中工程所在位置光资源估算数据如下表：

估算光资源数据情况表

2.3综合效率系数估算取值

综合效率系数，依据国标图集15D202-4，估算取值如下，本项目系统效率为83.2%。

综合效率系数表

2.4发电量估算情况

本项目首年发电量=水平面太阳能总辐照量×光伏安装容量×综合效率系数（辐照度取常数值=1kWh/㎡）根据公式得到如下数据：

1320.5kWh/㎡×750.2kW×0.832 = 824211.7kWh

预计月度满发电量情况表

综合以上预估测算数据得到如下结果：

1、5月为发电量最多的月份93812.2kWh；

2、12月为发电量最少的月份38760.7kWh；

3、首年发电量为824211.7kWh。

3并网接入系统分析

3.1电力系统接入方案

3.1.1负载分析

盘州某中学公变负载信息表（全年升序排列抽取）

盘州某中学1号专变负载信息表（全年升序排列抽取）

盘州某中学2号专变负载信息表（全年升序排列抽取）

通过负载信息表得出2023年8月10日在发电的时间段为全年白天最小负载率分别为0.07%、10.18%、0.31%，在选用2023年8月10日进行分析。

以2023年8月10日11点到15点之间光资源可能出现光伏设备满发条件，其他时段同理得出结果见下表。

负载预测表

3.1.2变压器消纳分析

变压器的原理为电能产生磁能，之后一次侧磁能感应二次侧，二次侧磁能再转换成电能，供二次侧负载使用。当光伏所发电能小于用户负载所消耗的电能时得知，当光伏设备所提供电能不足时由电网补充，变压器为降压变压器；当光伏提供电能与负载所消耗的电能相等时，此时变压器为空载运行状态；当光伏提供电能大于用户负载所消耗的电能时，此时光伏所发电量，上送至电网，由临近负载所消耗，变压器作为升压变使用。

根据负载信息表

数据信息，逐一对三台变压器进行分析：

采用变压器年最小负载光伏发电设备满发负荷同时出现情况下进行分析，当变压器日间负载率为最低时，盘州某中学公变的变压器负载功率为0.56kW，白天理论上发电量达到峰值，此时的发电量为110kW，光伏电站理论上送负荷为109.44kW，在此情况下，变压器上行负载率为13.68%，处于盘州某中学公变可消纳范围，在此极端情况下盘州某中学公变也能够满足安全运行要求，故其余时段盘州某中学公变皆能满足运行要求。

采用变压器年最小负载光伏发电设备满发负荷同时出现情况下进行分析，当变压器日间负载率为最低时，盘州某中学1号专变的变压器负载功率为20.36kW，白天理论上发电量达到峰值，此时的发电量为133kW，光伏电站理论上送负荷为112.64kW，在此情况下，变压器上行负载率为56.32%，处于盘州某中学1号专变可消纳范围，在此极端情况下盘州某中学1号专变也能够满足安全运行要求，故其余时段盘州某中学1号专变皆能满足运行要求。

采用变压器年最小负载光伏发电设备满发负荷同时出现情况下进行分析，当变压器日间负载率为最低时，盘州某中学2号专变的变压器负载功率为3.1kW，白天理论上发电量达到峰值，此时的发电量为476kW，光伏电站理论上送负荷为472.9kW，在此情况下，变压器上行负载率为47.29%，处于盘州某中学2号专变可消纳范围，在此极端情况下盘州某中学2号专变也能够满足安全运行要求，故其余时段盘州某中学2号专变皆能满足运行要求。

根据上述逐一对所用到的三台变压器进行分析，采用变压器年最小负载，日间光伏发电设备满发负荷同时出现情况下，在此极端情况盘州某中学公变、盘州某中学1号专变、盘州某中学2号专变均能满足运行要求，故其余时段盘州某中学公变、盘州某中学1号专变、盘州某中学2号专变其余时段皆能满足运行要求。

3.2低压线路承载电流分析

本项目13台逆变器交流侧最大理论输出电流为59.54A、64.95A、126.30A、198.46A和4台108.25A、3台90.21A、2台72.17A。电网是电压源，如果变压器不带负载时，那么电网端仅维持电压不变。而光伏是电流源，能量一产生就优先使用，光伏不够由电网补充。盘州某中学400V低压侧电缆截面积最小进户线型号为：YJLV-3*185、YJLV-3*95、YJLV-3*70（铝芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电力电缆），根据三芯电力电缆持续载流量图，线路敷设在空气中，环境温度选型为30℃，得到最大载流量分别为347A、227A、187A，大于逆变器交流侧理论产生的最大电流，所以满足线路接入要求。

3.3继电保护

逆变器应符合国家、行业相关技术标准，具备高/低电压闭锁、检有压自动并网功能（电压保护动作时间要求见下表，检有压85%UN自动并网）。

电压保护动作时间要求

光伏电站应具备一定的过电流能力，在120％倍额定电流以下，光伏电站连续可靠工作时间应不小于1min。分布式光伏应具备防孤岛保护功能，具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力。

在电网电压和频率恢复正常范围之前光伏电站不允许并网，且在电网电压和频率恢复正常后，光伏电站应经过一个可调的延时时间后才能重新并网，延时时间一般为20s到5min。具体参考《南方电网公司低压分布式光伏发电并网接入典型设计技术导则》。

本项目分布式光伏电站容量较小，且光伏电站主要由光伏逆变器设备引起电能质量问题，当光伏电站逆变器相关各项指标合格，则分布式光伏并网引起的电网电压偏差、谐波、闪变及电压波动、三相不平衡、间谐波等电能质量指标一般均能够满足GB/T12325、GB/T12326、GB/T14549、GB/T15543、GB/T24337等电能质量国家标准的规定。

光伏电站和并网点设备的防雷和接地，应符合SJ/T11127《光伏（PV）发电系统过电压保护-导则》，不得与市电配电网共用接地装置。

光伏电站系统接地应满足：

1）直流电路可以在光伏方阵输出电路的任意一点上接地，但是接地点应尽可能置于靠近光伏组件和任何其它元件如开关、熔断器、保护二极管之前，这样能更好地保护系统免遭雷电引起的电压冲击。

2）当从光伏方阵中拆去任何一个组件时，系统接地和设备接地都不应被切断。

3）直流电路的地线和设备的地线应共用同一接地电极；如果直流系统有中性地线，应将这地线焊到输电设施干线的地线上；直流系统和交流系统所有的地线应是共同的。

3.4电能计量

本项目所发电量“自发自用、余电上网”，根据《电能计量装置配置规范》（DB32/991—2007）相关要求，关口处需配置并网电能表一只，具备双向计量功能，用于用户与电网间的上、下网电量计量；另应设置并网箱内电能表一只。用于发电量统计；通过标准信息接口电能表，采用无线公网GPRS传输，通过GPRS通讯，电量、电流、电压等信息采集传送到供电部门，传输过程保证信息安全。

盘州某中学屋顶分布式光伏并网接入系统图（2号专变）

结论：

分布式光伏发电系统其电源位置的设置具有分散、灵活特性，对于电力负荷需求以及资源地域分布的分散性具有极好的适应和补充；同时，可以大大降低输变电投资，与配电网互为备用，提高了供电的可靠性；并能够满足电力系统调峰、居民小区和商业建筑用电以及为边远地区用户供电要求，不仅是电力就地产生、就地消费，还可同时与电网并网运行。

参考文献：

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