分布式光伏发电并网方案研究

分布式光伏发电并网方案研究

瞿鹏飞

山东力诺电力设计咨询有限公司山东省济南市250000

摘要：光伏发电并网要求较高，光伏逆变出的交流电须满足并网的电能质量谐波等一系列要求。依据接入系统方案的设计原则，阐述了光伏发电并网系统的一些常用设计方案，并且提出了并网系统二次技术的要求。

关键词：分布式光伏；并网；方案研究

光伏市场目前仍是一个政策市场，激励政策的变化对光伏市场和企业影响巨大。未来光伏发电采用的运营模式取决于政府、供电企业和独立投资者间的博弈。针对不同光伏发电运营模式，提出一种采用B/C法评价光伏发电并网成本/效益的方法，并以实际案例验证了本方法的有效性。

一、并网分布式光伏发电系统特性

1、发电功率较常规发电站小。按目前发展现状，一个分布式光伏发电项目的容量在数千瓦或几百千瓦以内。与集中式发电站不同，光伏电站的大小对发电总负荷及电网稳定性的影响很小，从而对其经济性的影响也很小，但光伏发电系统的投资收益率并不比大型发电站低。

2、分布式光伏发电系统在运行中没有污染，环保效益突出。分布式光伏发电系统在发电过程中不产生噪声、废气、废水，不排放温室气体，因此不会对空气、土壤及水产生污染。另外，屋顶光伏发电系统不占用土地资源，结合屋顶防水、隔温等光伏技术特点，光伏发电综合收益好。分布式光伏发电系统能在一定程度上缓解局部的用电紧张状况。分布式光伏发电系统的综合利用能量密度较低，每平方米的功率仅150W左右，再之适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限，不可能从根本上解决用电紧张的问题。但分布式光伏发电系统分布点多面广，结合居民及生产单位的用电特点，特别在电网欠发达地区，可在一定程度上缓解局部的用电紧张状况，并产生较好的经济效益。

4、分布式光伏发电系统可与多种多样的发电站并存发展。大型火力、水力、天然气电站发电是升压接入骨干电网，仅作为发电站；而分布式光伏发电是接入当地供电系统的配电网，发电、用电可以并存，尽可能地就地消纳该电力资源，与上述大型电站可并存发展。

5、自动化程度高，设备维护量小。根据我国光伏发展现状，并网式光伏发电系统可自动建压，自动检测电网，满足逆变要求后自动同期并网，无需人工介入操作，自动化程度高。在实际运行过程中，光伏并网式逆变器故障率较低，只需定期清理光伏发电太阳能阵列板材，保障光电转换效率，设备运维工作量小。

二、我国光伏发电运营模式分析

运营模式的分类。目前，我国光伏发电项目投资多元化，投资驱动力复杂化，运营模式尚未完全理顺，但归纳起来主要有3种，即统购统销运营模式、合同能源管理模式和用户自发自用模式。

1.统购统销模式，即第三方投资方负责光伏发电的投资、建设和运维，有光伏发电的经营权，所发电量全部送入公共电网，供电企业负责全额收购光伏所发电量。在这种模式下，光伏发电作为电源，基本上通过110、35kV变电站、中压或低压母线上网，然后供给用户，因此光伏电源和用户通常位于不同地点。电源投资方会获得政府的建设补贴或电价补贴。这是目前国内普遍采用的一种运营模式，特别是那些大型的风电场和光伏电站都是作为电源直接上网的。这种模式降低了分布式光伏对电网运行的影响，同时便于电量计量，有利于实施分时电价等需求侧管理措施。

2.合同能源管理模式。即第三方投资者投资建设光伏电源，所发电量优先满足和光伏电源位于同一地点的用户使用，多余电量上网，不足电量由电网企业按当地销售电价向用户提供。在这种模式下，光伏发电逆变并到低压电网后直接送到用户，投资者按全电量获得政府补贴。光伏多余电量按照当地燃煤脱硫机组标杆电价由供电企业收购，供电企业并按照当地销售目录电价向用户收取下网电量电费。这种模式真正实现了光伏发电的就地消纳，多余电量卖给市电，不足电量由市电供给。该模式下的光伏发电项目投资动机比较复杂，既有以自发自用为主的项目，也有自用较少，主要供给他人使用的项目，还有全部供给他人使用的项目。其中，投资机构、电源生产商和发电集团都有通过售电而赚取超额利润的诉求，对我国光伏发电运营模式提出了突破性的挑战。

3.自发自用模式。即用户自己建设光伏电站，所发电量优先自用，多余电量上网，不足电量由电网提供。分布式电源和用户位于同一地点，且为同一法人。在这种模式下，用户所发电量优先自用，多余电量按照当地燃煤脱硫机组标杆电价卖给电网企业，同时按全电量获得政府补贴；电网企业以当地销售目录电价收取下网电量电费。

三、对并网系统的二次技术要求

1.分布式电源采用专用10kV送出线路接入变电站或开关站10kV母线时，一般情况下配置（方向）过流保护，也可以配置距离保护；当上述两种保护无法整定或配合困难时，需增配纵联电流差动保护。

2.分布式电源采用T接10kV线路接入系统时，为了保证其他用户的供电可靠性，一般情况下需在分布式电源站侧配置无延时过流保护反映内部故障。

3.分布式电源以380/220V电压等级接入公共电网时，并网点和公共连接点的断路器应具备短路瞬时、长延时保护功能和分励脱扣、失压跳闸及低压闭锁合闸等功能。

4.分布式电源接入配电网后，应对分布式电源送出线路相邻线路现有保护、开关及电流互感器进行校验，当不满足要求时，应调整配置。

5.分布式光伏发电逆变器必须具备防孤岛保护功能，快速检测孤岛且检测到孤岛后立即断开与电网连接，其防孤岛方案应与继电保护配置、频率电压异常紧急控制装置配置和低电压穿越等相配合，时限上互相匹配。

6.为满足运行要求，当直接接入电网的分布式电源设计为不可逆并网方式时（自发自用但余量不上网运营模式），公共连接点处应装设防逆流保护装置。

7.分布式电源10kV接入系统时，需在并网点设置安全自动装置；若10kV线路保护具备失压跳闸及低压闭锁合闸功能，可以按Un实现解列，也可不配置具备该功能的自动装置。380V及220V电压等级接入时，不独立配置安全自动装置。

8.电能表按照计量用途分为两类：关口计量电能表，装于关口计量点，用于用户与电网间的上、下网电量分别计量，具备双向计费功能；并网电能表，装于

分布式电源并网点，用于发电量统计，具备反向计费功能，为电价补偿提供数据。

9.10kV接入时，需在并网点配置电能质量在线监测装置，必要时，需在公共连接点处对电能质量进行检测。电能质量参数，包括电压、频率、谐波、功率因数等。380V接入时，计量电能表应具备电能质量在线监测功能，可监测三相不平衡电流。

四．并网的接入方式

根据分布式电源接入点处是否设置有分布式电源专用的开关设备，可将接入形式分为专线接入和T接。由分布式电源接入点位置位于公共电网侧或用户侧，分布式电源可分为统购统销和自发自用、余量上网两种运营模式。对于单个并网点，接入电压等级应依据分布式电源容量、发电特性、导线载流量、上级变压器及线路可接纳能力、配电网情况综合分析后确定。一般情况下，单个并网点容量如果在400kW以下，通常以380/220V电压等级接入，大于400kW以10kV等级接入，若大于6MW，考虑35kV电压等级接入。

在全球节能减排、能源安全的巨大挑战下，发展可再生能源成为推动后危机时代经济转型、发展低碳经济的重要手段。目前国内光伏发电的主要运营模式，提出分布式光伏发电并网的经济性评价流程，建立了不同运营模式下光伏发电的全寿命周期成本/效益计算方法与模型，并分析了不同运营模式下分布式光伏发电的并网设计方案。

参考文献

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[2]郝静．我国光伏产业国际竞争力现状及提升路径．河北大学学报，2013

[1]吴知寒.杭州地区分布式光伏电源接入方式及其保护与控制研究.保定：华北电力大学，2013.