分布式光伏发电并网与运维管理Word文件下载.docx

分布式光伏发电并网与运维管理Word文件下载.docx

《分布式光伏发电并网与运维管理Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《分布式光伏发电并网与运维管理Word文件下载.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

　　　是指发出的直流电能经转换后直接接入公共电网的光伏发电系统。

可分为带蓄电池和不带蓄电池两种。

带蓄电池并网光伏发电系统具有可调度性，可以根据需要并入或退出电网，同时兼具备用电源功能。

　　　并网光伏发电系统按容量和接入方式不同可分为大型集中式并网光伏电站和小型分布式并网光伏两种，大型集中式并网光伏电站的主要特点是，将所发电能逆变升压后直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电。

小型分布式并网光伏的主要特点是，靠近用户侧接入，所发电能可就地消纳。

同时，分布式光伏还具有投资小、建设快、政策支持力度大等特点。

2）接入特点

（１）污染小，环保效益突出。

（２）覆盖面积大,能量密度低。

１ＭＷ光伏电站占地约需１万m2。

（3）间歇性。

（4）随机性，地域依赖性强。

（5）成本高。

水电装机成本为7-10元/W,火电装机成本为3。

5—4。

5元/W，而光伏发电装机成本为9—15元/W.这也是制约光伏发电广泛应用的最主要因素。

根据光伏发电接入不同可分为集中式光伏发电和分布式光伏发电，其各自特点如下：

（1）集中式光伏发电特点及优缺点

名称

特点

优点

缺点

集中式

所发电能被直接输送到大电网，由大电网统一调配向用户供电，与大电网之间的电力交换是单向的

1、选址灵活,光伏出力稳定，削峰作用明显。

2、运行方式灵活，相对分布式光伏可以更方便进行无功和电压控制，易实现电网频率调节。

3、建设周期短，环境适应能力强，不需要水源、燃煤运输等原料保障，运行成本低,便于集中管理，受到空间的限制小，可以很容易地实现扩容

1、依赖长距离输电线路送电入网，易出现输电线路损耗、电压跌落、无功补偿等问题

2、大容量的集中式光伏接入需要有低电压穿越（LVRT）等新的功能

（2）分布式光伏发电特点及优缺点

分布式

将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统，遵循就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则

1、分布式光伏发电不受地域限制，在偏远山区、岛屿等地可以局部缓解用电紧张状况。

2、分布式光伏发电接入配电网，要求尽可能就近消纳所发电能，能减小电能在传输过程中的损耗

1、分布式光伏接入将向电网输送电能，引起配电网潮流复杂化

2、分布式光伏接入影响单向保护的灵敏性和可靠性

3、分布式光伏给传统配电网运维检修带来困难

第二章分布式光伏并网技术

第1节并网逆变系统

1、光伏逆变器

光伏逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把光伏发出的直流电转换成交流电，一般由升压回路和逆变桥式回路构成。

逆变器一般包括三部分：

逆变部分、控制部分和保护部分。

逆变部分的功能是采用功率开关器件实现DC/AC逆变；

控制部分的功能是控制整个逆变器工作；

保护部分的功能是在逆变器内部发生故障时起安全保护作用.

（1）集中逆变器

多组串联的光伏组件并联后接在逆变器的直流输入侧，再通过逆变器变换为交流电并入单相或三相电网。

由于只有一个逆变器，系统设计成本低，但光伏组件的输出不平衡使系统损耗较多，且单逆变器结构使系统可靠性下降。

目前主要应用于大规模的光伏电站.

（2）组串逆变器

光伏组件被连接成为几个相互平行的组串，每个组串都单独连接一台逆变器，故称为“组串逆变器”。

该类逆变器主要应用于大中型光伏电站、较大型用户屋顶光伏并网发电系统和城市分布式光伏发电系统.

（3）组件逆变器（AC光伏模块）

每个组件连接一台逆变器，交流侧并入低压电网,并对各个组件实现最大功率跟踪控制，增加了逆变器对组件的匹配性。

主要应用于小型光伏发电.

逆变器不仅具有交直流变换功能，还具有最大限度地发挥太阳能电池性能和系统故障保护功能,主要包括最大功率跟踪控制、防孤岛保护和低电压穿越等.

2、最大功率跟踪

最大功率跟踪（ＭＰＰＴ）控制的目的是实现光伏电池的最大功率输出.该过程实质是一个动态寻优过程,通过对当前光伏电池输出电压Ｕ与电流Ｉ的检测，得到当前光伏电池的输出功率，然后怀前一时刻光伏电池的输出功率相比,取两者中较大的值;

在下一周期,再检测Ｕ、Ｉ进行比较,取较大的值，如此循环，便可实现ＭＰＰＴ控制。

ＭＰＰＴ控制算法有多种实现方式，常用的有恒电压跟踪法、扰动观察法、增量电导法及模糊控制算法。

（1）恒电压跟踪法

工作原理:

室外温度一定时,光伏电池最大功率点的分布几乎存在于一垂直线两侧，即光伏电池的最大功率点对应某个恒定电压，只需找到Ｕmax并控制光伏电池使之输出恒定在Ｕmax即可。

实际上这是把ＭＰＰＴ控制简化成稳压控制。

优点：

控制简单易实现、可靠性高，能提高光伏电池２０％的效率。

缺点：

忽略了环境温度对光伏电池输出电压的影响。

恒电压跟踪法不适合温度变化较大的场所。

（2）扰动观察法

简称ＰＯ法，原理是先给一个扰动输出电压信号（ＵＰＶ+ΔＵ），然后测量光伏电池输出功率的变化并与扰动前的功率相比较，如果大于之前的功率值，表明扰动方向正确，可继续向同（+ΔＵ）方向扰动；

如果小于之前的功率值，则往反（－ΔＵ）方向扰动.

结构简单，测量参数少，通过不断扰动达到最大功率输出。

缺点:

初始值ＵＰＶ和跟踪步长ΔＵ值的选取，对跟踪精度和速度有很大影响，而且在光伏达到最大功率点处扰动仍会继续，使其有可能在最大功率点附近振荡，导致功率损失，降低光伏电池的效率.

（3）增量电导法

　　简称ＩＣ法。

与扰动观察法的区别是避免了盲目性。

（4）最大功率点跟踪的模糊控制

3、孤岛效应与防孤岛保护

当光伏发电系统正常工作时,逆变器将发出的电能输送到电网。

在电网因故障断电时,如果系统不能及时地检测到电网状态而继续向电网输送电能，则此时光伏系统构成一个独立供电系统，此现象称为孤岛效应。

包括以下三种情况：

（1）大电网发电系统停止运行导致整个电网停电，但是光伏并网系统仍开关连接在大电网上，继续向电网供电并超出一时间段（如２Ｓ）

（2）大电网或配电网某处线路断开或开关跳闸，造成光伏并网系统与所连接负载（可能包括配电网上的部分负载）形成独立供电系统,并可能进入稳定运行状态。

（3）光伏并网系统开关自主或意外断开，但并网发电系统与本地负载仍孤岛运行。

　　　孤岛效应会对整个电网设备和用户设备造成影响，甚至损坏设备，主要有以下四种情况：

（１）孤岛效应发生时，无法对逆变器输出的电压、频率进行调节，一旦出现过压、欠压或过频、欠频时，易损坏用户设备。

（２）如果光伏发电系统并网同时接有负载，且负载容量大于光伏系统容量时,一旦孤岛效应发生，就会产生光伏电源过载现象。

（３）对电网检修人员的人身安全造成威胁。

（４）孤岛效应发生时，若二次合闸会导致再次跳闸，损害光伏发电设备和逆变器.

因此,为防止孤岛效应带来的危害，逆变器必须具有在规定时间内脱离电网,以避免孤岛效应出现的防孤岛保护能力。

此外，并网逆变器具有的其他基本保护功能有:

输入电压、欠压保护，输入过流保护，短路保护，过热保护，防雷击保护，输出过压保护，输出过流保护，过频、欠频保护等.

4、低电压穿越

低电压穿越，即当电网故障或扰动引起逆变器并网点的电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏发电系统能够不间断并网运行。

根据ＧＢ/Ｔ１９９６４《光伏发电站接入电力系统技术规定的要求》，低压用户对低电压穿越不作要求,但１０ＫＶ及以上电压等级接入的光伏发电系统的中高压型逆变器应具备一定的耐受异常电压的能力。

逆变器变流侧电压跌至０%标称电压时,逆变器能够保证不间断并网运行０。

１５Ｓ；

逆变器交流侧电压跌至２０%标称电压时，逆变器能够保证不间断并网运行０.６２５Ｓ；

逆变器交流侧电压在发生跌落后２Ｓ内能够恢复到标称电压的９０％时，逆变器能够保证不间断并网运行.对电力系统故障期间没有脱网的光伏电站，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少１０％额定功率/Ｓ的功率变化率恢复纛故障前的值。

低电压穿越过程中逆变器宜提供动态无功支撑。

如图所示，并网点电压在电压轮廓线及发上的区域时，该类逆变器必须保证不间断并网运行；

并网点电压在电压轮廓线以下时，允许停止向电网送电。

5、最大渗透率

分布式光伏最大渗透率反映了分布式光伏在配电系统中所占的比例.本书中将分布式光伏最大渗透度定义为最大分布式光伏装机容量与系统统一调度容量的比值.

第2节　储能与微电网技术

为平抑分布式光伏接入对电网造成的影响，采用增加储能和建设微电网是一种较好的解决途径。

储能技术是指在用电侧将电能转换成机械能、化学能等其他能量形式存储起来，需要时再转换成电能的一种技术。

储能装置通常在规划分布式电源时引入,用以实现需求侧管理，消除系统昼夜间峰谷差，平滑间歇性分布式电源并网带来的功率波动.

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置等汇集而成的小型发配电自治系统，能够实现自我控制、保护和管理,既可以与配电网并网运行,也可以与配电网断开独立运行。

1、储能技术

为解决电能供需不平衡问题提供了一种解决手段。

如图所示。

各种形式的储能装置可以在电网负荷低谷时作为负荷从电网获取电能进行充电,在电网负荷峰值时刻以电源方式运行向电网输送电能，这种方式有助于减少系统输电网络的损耗，对负荷实施削峰填谷,从而获取经济效益。

若将储能装置用于辅助系统稳定控制，则可采用小容量储能,通过快速的电能存取,实现较大功率调节，快速地吸收“剩余能量”或补充“功率缺额”，从而提高电力系统的运行稳定性。

1）储能的分类

能量是守恒的，电能的储存和释放主要通过物理和化学变换来实现。

按照其能量形式，储能分为物理形式和化学形式，如图：

2）储能的技术特点

（1）抽水储能

（2）压缩空气的储能（CAES）

（3）飞轮储能（FESS）

（4）超导线圈储能（SMES）

（5）超级电容储能（SCESS）

（6）可充电电池储能（BESS）

（7）燃料电池

2、微电网的定义

微电网（中国）的定义：

微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与配电网并网运行，也可以与配电网断开独立运行。

3、微电网的典型结构

微电网一般是由多条辐射状馈线和负载组成，辐射状配电网通过固态转换开关在公共连接点与主干配电系统相连，每条馈线具有断路顺和潮流控制器.

微电网的通信结构是由三个基本层组成，首层是微电网中央控制器,次层是负荷控制器和微源控制器,底层是可控负荷与可控微源。

微电网有两种运行方式:

并网运行模式和孤岛运行模式。

4、微电网的特点

独立性、灵活性、交互性、经济性和可靠性.

两个显著特点：

（1）微电网中使用大量的电力电子装置作为接口，使得微电网内的分布式电源相对于传统的发电机惯性很小或无惯性。

（2）微电网需要依赖储能装置来达到能量平衡。

第3节分布式光伏发电网并网方式

1、技术原则和主要设备配置

１）接入系统一般原则

　（１）分布式光伏应以单点方式接入配电网。

接有分布式光伏的低压配电台区,不能与其他台区建立低压联络（配电室、箱式变压器低压母线间联络除外）.

　（２）分布式光伏接入系统方案应明确公共连接点、并网点位置，并对接入分布式光伏的配电线路载流量、配电变压器容量进行校核，以满足光伏发电上网和离网后用户用电需求。

（３）分布式光伏公共连接点的电压偏差、电压波动和闪变、谐波、三相电压不平衡、间谐波等电能质量指标满足ＧＢ/Ｔ１２３２５《电能质量供电电压偏差》、ＧＢ/Ｔ12326《电能质量电压波动和闪变》、ＧＢ/Ｔ14549《电能质量公用电网谐波》、ＧＢ/Ｔ15543《电能质量三相电压不平衡》、ＧＢ/Ｔ24337《电能质量公用电网间谐波》等电能质量国家标准规定。

（4）分布式光伏继电保护和安全自动装置配置方案应符合相关继电保护技术规程、运行规程和反事故措施的规定，确保人身、电网和设备安全。

（5）分布式光伏应具备防孤岛保护功能，并网不上网的分布式光伏应装设防逆流保护装置.

2）接入系统技术要求

（1）分布式光伏发电项目可以专线或T接方式接入系统.

（2）接入用户侧的分布式光伏发电项目，可采用无线公网通信方式,但应采取信息安全防护措施；

送出线路的继电保护不要求双重配置，可不配置光纤纵差保护。

（3）分布式光伏发电项目调度管理按以下原则执行：

10KV接入的分布式光伏发电项目，纳入地市或县公司调控中心调度运行管理，上传信息包括设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率和发电量，调控中心应实时监视运行情况。

380V接入的分布式光伏发电项目，暂只需上传发电量信息。

（4）分布式光伏发电项目应在逆变器功率输出汇集点设置易操作、可闭锁且具有明显断开点、带接地功能的开断设备.

（5）接入用户侧光伏发电项目，不要求具备低电压穿越能力.

（6）分布式光伏发电项目所采用的光伏逆变器应通过国家认可的资质机构的检测或认证.

2、１０ＫＶ并网接入系统

（1）分布式光伏应按照相关技术标准和电监会5号令《电力二次系统安全防护规定》的要求，实时采集并网运行信息并上传至相关电网调度部门，主要运行信息包括：

并网点开关状态、并网点电压及电流、光伏发电系统有功功率及无功功率、光伏发电量等;

同时，配置远程遥控装置的分布式光伏，应能接收、执行调度端远程控制解并列、启停和发电功率的指令。

（2）分布式光伏应装设满足GB/T19862《电能质量监测设备通用要求》中的A级电能质量监测装置.

（3）10KV公共电网线路投入自动重合闸时，应校核重合闸时间.

（4）分布式光伏并网点应安装易操作、可闭锁、具有明显开断点、带接地功能、可开断故障电流的开断设备。

（5）分布式光伏接入装置应具备失压跳闸及检有压闭锁合闸功能，失压跳闸定值宜整定为20％UN、0.5S，检有压定值宜整定85%UN.

（6）配电自动化系统具有故障自动隔离功能，应适应分布式光伏接入，确保故障定位准确，隔离策略正确.

3、３８０Ｖ并网接入系统

（1）分布式光伏并网点应安装易操作、具有明显开断指示、具有开断故障电流的开断设备.

（2）分布式光伏接入装置应具备失压跳闸及检有压闭锁合闸功能。

（3）分布式光伏的电能计量装置应具备电流、电压、电量等信息采集和三相电流不平衡监测功能，并将采集数据上传相关电网调度部门.

（4）接入380V配电网的分布式光伏,宜采用三相逆变器;

接入220V配电网的分布式光伏，应校核同一台区每相接入的光伏发电总容量,防止三相功率不平衡.

（5）接入220/380V配电网的分布式光伏并网验收时,应测量其并网点谐波。

第三章分布式光伏并网对配电网的影响

第1节国内配电网现状

1、接线方式及运行情况

配电网线路一般为单电源辐射状线路，网架结构主要以单联络、多分段多联络、单环网、双环网为主。

2、配电自动化应用

第2节分布式光伏发电网并网对配电网稳定运行的影响

1、对潮流分布的影响

（1）网络损耗

分布式光伏接入中低压配电网后，配电网结构将会由单电源辐射状结构转变为多电源结构，潮流的大小和方向也将发生一定改变，进而会带来配电网潮流和网络损耗方面的变化.

Ø

分布式光伏不同接入位置的网络损耗

从图中可以看出，当分布式光伏以线路最大负荷的20％容量接入到线路不同位置,其网损水平逐渐减小，当分布式光伏接入到线路末端时，其网损最小。

分布式光伏不同接入容量的网络损耗

由图中可知,不同容量分布式光伏单点接入线路时，随着接入容量的增大,线路网损呈现先下降后上长的趋势.若接入容量进一步增加，分布式光伏出力增加，会出现功率倒送的情况,线路网络损耗也逐渐增加。

同时,若线路负载率不断增加,分布式光伏对线路网损的影响也会逐渐增大。

分布式光伏分散接入的网络损耗

从图中可以看出，与单点接入相比，分散成多个分布式光伏的接入方式的网络损耗明显减小，而且越靠近线路首端，孤损效果越明显。

这是由于多点接入时，分布式光伏的部分电能得到了就地负荷的消纳。

（2）分段线路负荷率

分布式光伏作为电源点点配电网，将引起线路负载率的变化.当分布式光伏接入容量小于接入点下游负荷时，线路潮流方向并未改变，但接入点前端线路的负载率会下降；

当分布式光伏接入容量大于接入点下游负荷时,将出现双向潮流,随着分布式光伏容量的持续增加,将出现反向潮流大于原有潮流情况，引起线路负载率增大.

由图可知，分布式光伏接入后，接入点上游的各段线路负载率均有下降，但分布式光伏接入点下游各段线路的负载率保持不变。

（3）潮流分布

传统配电网的潮流方向是一定的，即从配电变压器低压侧到电力用户。

分布式光伏发电接入电网后，由于光伏发电装置及功率大小的不同，将会引起配电网潮流分布的变化。

当分布式光伏发电功率大于该条线路的最大负荷，潮流将会通过变压器进入上一个电压等级，从而改变整条线路的功率流向.

2、对电压分布的影响

（1）并网位置对电压分布的影响

可以看出，分布式光伏接入后，线路各节点电压均有一定的提升。

（2）并网容量对电压分布的影响

当分布式光伏接入容量较小时,线路整体电压变化趋势是从首端到末端逐渐降低.随着接入容量的增加，线路各节点电压均有所上升，其中越靠近接入点，其上升作用越为明显。

当接入容量超过一定容量时,线路末端的电压水平将超出规定范围,影响电网安全运行.此时应通过降低分布式光伏发电容量或调节变压器分接头等手段，保证电网稳定运行.

（3）分布式光伏多点点对电压分布的影响

当分布式光伏接入位置一点固定时，另一接入点逐渐靠近末端，分布式光伏对末端电压分布的提升和改善作用越明显,其趋势与分布式光伏接入不同位置时一致.当分布式光伏分散接入到不同点时,对该点的电压降落有明显的提升作用。

因此，分布式光伏多点接入，有助于提升电网整体电压水平，使得各点电压趋于平衡。

3、对负荷特性的影响

（1）380V接入对负荷特性的影响

分布式光伏发电接入后会对原有系统负荷特性产生一定影响,商业区的负荷高峰出现在正午12时至14时，接入适量的分布式光伏设备,可以有效地降低系统的高峰负荷,缓解电网供电压力；

工业负荷除凌晨3时至上午7时内的负荷较小外，其余时间段负荷均处于不规则波动状态，光伏设备的接入仅使中午时段的负荷有所减小，并未能较大程度地起到削峰作用；

学校负荷为典型的双高峰,中午及傍晚负荷较大，通过光伏发电设备的作用，可以有效缓解学校负荷的午高峰;

居民负荷为典型的晚高峰负荷，光伏发电设备的出力高峰则在正午出现，无法有效缓解系统的高峰用电。

（2）10KV接入对负荷特性的影响

分布式光伏发电可以有效地将午高峰消除,午高峰由原有的820KW降至现阶段的500KW，由于分布式光伏发电设备仅在白天8：

00-16：

00时段有电能发出，故仅能对午高峰进行削减；

晚高峰出现时，系统中分布式光伏已无法出力，如欲对晚高峰进行削减，可考虑配置一定量的储能设备。

第3节分布式光伏并网对配电网系统保护的影响

（1）导致本线路保护的灵敏度降低及拒动

以图中K1点故障为例进行分析。

在分布式光伏接入前，故障点的短路电流内由电网提供，分布式光伏接入后，光伏和电网都会对故障点提供短路电流，但QF1处的保护只能感受到电网提供的短路电流.在其他条件不变的情况下，此电流小于K1处的短路电流,从而导致保护的灵敏度降低,严重时甚至拒动。

分布式光伏的容量越大，对配网保护灵敏度的影响也就越大.

（2）导致本线路保护误动

当系统侧K2处或其他馈线K3处发生故障时，在分布式光伏接入前，QF1处的保护感受不到故障电流，分布式光伏接入后，相同点故障时,QF1处的保护将感受到分布式光伏提供故障电流，当分布式光伏装机容量较大时,将提供较大的故障电流，进而可能导致保护误动。

分布式光伏的容量越大，它所提供的反向短路电流也就越大,越容易造成本线路电流保护的误动作。

（3）导致相邻线路的瞬时速断保护误动，失去选择性

当K4处发生故障时，在分布式光伏接入前，短路电流只由系统流向故障点，分布式光伏接入后，分布式光伏和系统都会对故障点提供短路电流，此时相邻故障线路的保护（QF2处的保护）感受到的故障电流将增大，可能导致其速断保护躲不开线路末端故障而误动，从而使保护失去选择性。

（4）导致重合闸不成功

（5）导致备用电源自动投入装置无法正常工作

（6）分布式光伏的保护设备应具有方向性

（7）导致非计划孤岛

1、单电源辐射状馈线保护

2、方向性过电流保护

3、纵联方向比较式保护

4、纵联电流差动保护

5、防非正常孤岛保护

6、自动重合闸

第4节分布式光伏并网对配电网电能质量的影响

1、电压偏差

2、电压波动和闪变

3、谐波

分布式光伏发电产生谐波的原因主要有三个方面：

（1）由于采用了并网逆变器等电力电子器件，使得分布式光伏向系统注入基波电流的同时，向系统注入谐波电流；

特别在光照较弱时，分布式光伏逆变器处于较低功率运行，逆变器采样精度较低，会产生较大谐波；

在光照强度或温度变化较大时，分布式光伏电站的输出功率将产生间歇波动，引起谐波污染；

同时,电网不对称故障的负序电压也会导致分布式光伏电站产生附加的电流谐波.

（2）分布式光伏发电产生的谐波可能会在逆变器的入口滤波电容器和系统阻抗变压器上产生并联谐振.（3）逆变器并联也会对谐波产生一定影响,同类型逆变器并联时,由于内在电路和控制器策略一致，因此可能会造成特征次谐波的叠加，而不同类型的逆变器则可能会相互抵消谐波。

4、三相不平衡

当分布式光伏采用单相接入时