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摘要：太阳能作为一种随处可得，无害无穷的新能源，理应为人类最先考虑的方便的新能源。近年来，并网光伏发电站容量不断增长，光伏产业已成为当前发展最为迅猛的新兴技术产业之一。文章针对分布式光伏发电接入电网的技术和特性进行了系统的研究和分析，具有很强的实用性。
关键词：分布式；光伏电站；接入电网；并网型光伏发电；继电保护
中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0131-02
光伏发电是将太阳能直接转换为电能的一种发电形式。光伏发电系统通常可分为离网（独立）型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。并网型光伏发电系统与电网相连，发出的电能向电网输送。并网型光伏发电系统可分为分布式并网型光伏发电系统和集中式并网型光伏发电系统两大类。分布式并网型光伏发电系统就属于微电网中的分布式发电，特点是光伏发电系统发的电直接分配给用户负荷，多余或不足的电力通过连接电网来调节。
1 工程规模
本工程总装机容量为5×5MWp，预计年发电量为2948.321万kWh。该光伏发电系统以380V电压等级并网于临近某110kV变电站10kV母线所用变低压侧，160kW经直流汇流后接逆变器，并网于电站配电区两台配电变压器低压侧0.4kV母线。储能系统1套80kW/160kWh磷酸铁锉电池经PCS，分别并网于电站两台配电变压器低压侧母线。每个5MWP光伏阵列均逆变升压至10kV电压等级，形成1路10kV交流电源线路，接至110kV变电站10kV线路上，光伏电站所发电力首先在该线路进行消纳，多余电力可以输送至某110kV变电站10kV母线上重新分配。
2 电气计算
2.1 最大工作电流
该工程为分布式光伏电站为太阳能电池阵列，输出的是直流电，经过汇流、逆变、升压等过程之后，再连接至公用电网。本工程总容量为5×5000kWp，若不考虑逆变及升压过程中的电能损失，最大工作电流约为1443A。
2.2 短路电流
对于含有光伏电站的系统，发生短路故障时，故障点短路电流可以分为两部分，一部分是由交流系统提供，另一部分是由光伏发电系统提供。对于光伏发电系统提供的短路电流，其大小主要与光伏发电出力、逆变器参数等因素有关。根据光伏发电原理，光伏发电元件经日照产生直流电，再经过逆变器逆变为400V交流电输出，其发电出力值与日照等环境因素有关。由于日照等环境因素骤变的可能性很小，在短路故障发生瞬间，光伏系统发出的直流功率可以认为是恒定的，逆变后的交流功率也可以认为是恒定的。因此，发生短路后，由于母线电压急剧下降，在功率恒定的情况下，逆变器输出的电流将会急剧增大，直至逆变器保护动作，关闭输出。
2.3 并列点及人工解列点
各电站并列点设在电站并网线路10kV侧断路器上；人工解列点设在所并变电站的所并10kV线路断路器侧。
3 继电保护
3.1 继电保护配置依据
根据国家电网发展[2009]747号《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》，《继电保护和安全自动装置技术规定》（GB/T14285-2006），并依据系统一次设计方案，进行系统继电保护的配置。
3.2 继电保护及安全自动装置
光伏电站线路侧应配置普通的微机线路保护除普通线路保护功能，相应加装欠压/超压、欠频/超频保护，并能接收1#电站所发跳闸命令并执行。工程中的110kV变电站10kV线路保护侧已配置微机线路保护并满足系统要求，不需重新配置。T接点的高压分支断路器应配置普通的过流脱扣装置。110kV变电站主变间隙保护应增加联切10kV线路对侧光伏电站并网断路器。光伏电站以1#电站为主站，与110kV变电站中主变间隙保护装置配合。
3.3 防孤岛保护
光伏电站必须具备快速检测孤岛并立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。光伏电站必须设置主动和被动防孤岛保护各1套。微电网从并网转人孤岛运行瞬间，流过公共连接点的功率被突然切断，切断前通过PCC处的功率如果是流入微电网的，则它就是微电网离网后的功率缺额；如果是流出微电网的，则它就是微电网离网后的功率盈余；大电网的电能供应突然中止，微电网内一般存在较大的有功功率缺额。
在离网运行瞬间，如果不启用紧急控制措施，微电网内部频率将急剧下降，导致分布式光伏电源采取保护性的断电措施，这使得有功功率缺额变大，加剧了频率的下降，最终使得微电网崩溃。因此，要维持微电网较长时间的孤岛运行状态，必须在微电网离网瞬间立即采取措施，使微电网重新达到功率平衡状态。
微电网离网瞬间，如果存在功率缺额，则需要立即切除全部或部分非重要的负荷、调整储能装置的出力，甚至切除小部分重要的负荷；如果存在功率盈余，则需要迅速减少储能装置的出力，甚至切除一部分逆变器。这样，使微电网快速达到新的功率平衡状态。
微电网离网瞬间内部的功率缺额（或功率盈余）的计算方法：就是把在切断PCC之前通过PCC流人微电网的功率，作为微电网离网瞬间内部的功率缺额，PPCC以从大电网流人微电网的功率为正，流出为负。当Pqe为正值时，表示离网瞬间微电网内部存在功率缺额；为负值时，表示离网瞬间微电网内部存在功率盈余。
由于储能装置要用于保证离网运行状态下重要负荷能够连续运行一定时间，所以在进入离网运行瞬间的功率平衡控制原则是：先在假设各个储能装置出力为0的情况下切除非重要负荷；然后调节储能装置的出力；最后切除重要负荷。
4 结语
本试点工程采用分散式微电网，接入配电网时采取就地平衡原则，正常用电期间用电负荷峰值在100kW左右，此时光伏发电可部分就地被消纳，光伏发电超过用电负荷，可将多余电量储存，当夜间用电负荷较小期间，整个系统用电负荷小于30kW，微电网离网运行时可使用储存电量，当110kV变电站全站检修或失压时，可为变电站充当临时电源，加强电网与用电侧互动与管理、推进分布式发电利用，加速智能电网和互动服务体系建设，节能降耗，提高能效，具有明显的创新性和实用性。
参考文献
[1] 李瑞生，周逢权，李燕斌.地面光伏发电系统及应用[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2] 毛建荣，周逢权，马红伟.微电网组网优化设计[J].华北电力技术，2012，（1）：32-35.
[3] 张洋，李献伟.基于有功缺额的微电网集中控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（23）：106-111.
[4] 丁明，王敏.分布式发电技术[J].电力自动化设备，2004，24（7）：31-36.
作者简介：贾继灏（1981—），男，河南省电力公司检修公司工程师，研究生，研究方向：电力系统运行；马丽丽（1982—），女，河南省电力公司安阳供电公司工程师，研究生，研究方向：电力系统继电保护；张大伟（1983—），男，河南省电力公司安阳供电公司助理工程师，研究方向：电力系统一次检修。
（责任编辑：刘 晶）
关键词：分布式；光伏电站；接入电网；并网型光伏发电；继电保护
中图分类号：TM461 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0131-02
光伏发电是将太阳能直接转换为电能的一种发电形式。光伏发电系统通常可分为离网（独立）型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。并网型光伏发电系统与电网相连，发出的电能向电网输送。并网型光伏发电系统可分为分布式并网型光伏发电系统和集中式并网型光伏发电系统两大类。分布式并网型光伏发电系统就属于微电网中的分布式发电，特点是光伏发电系统发的电直接分配给用户负荷，多余或不足的电力通过连接电网来调节。
1 工程规模
本工程总装机容量为5×5MWp，预计年发电量为2948.321万kWh。该光伏发电系统以380V电压等级并网于临近某110kV变电站10kV母线所用变低压侧，160kW经直流汇流后接逆变器，并网于电站配电区两台配电变压器低压侧0.4kV母线。储能系统1套80kW/160kWh磷酸铁锉电池经PCS，分别并网于电站两台配电变压器低压侧母线。每个5MWP光伏阵列均逆变升压至10kV电压等级，形成1路10kV交流电源线路，接至110kV变电站10kV线路上，光伏电站所发电力首先在该线路进行消纳，多余电力可以输送至某110kV变电站10kV母线上重新分配。
2 电气计算
2.1 最大工作电流
该工程为分布式光伏电站为太阳能电池阵列，输出的是直流电，经过汇流、逆变、升压等过程之后，再连接至公用电网。本工程总容量为5×5000kWp，若不考虑逆变及升压过程中的电能损失，最大工作电流约为1443A。
2.2 短路电流
对于含有光伏电站的系统，发生短路故障时，故障点短路电流可以分为两部分，一部分是由交流系统提供，另一部分是由光伏发电系统提供。对于光伏发电系统提供的短路电流，其大小主要与光伏发电出力、逆变器参数等因素有关。根据光伏发电原理，光伏发电元件经日照产生直流电，再经过逆变器逆变为400V交流电输出，其发电出力值与日照等环境因素有关。由于日照等环境因素骤变的可能性很小，在短路故障发生瞬间，光伏系统发出的直流功率可以认为是恒定的，逆变后的交流功率也可以认为是恒定的。因此，发生短路后，由于母线电压急剧下降，在功率恒定的情况下，逆变器输出的电流将会急剧增大，直至逆变器保护动作，关闭输出。
2.3 并列点及人工解列点
各电站并列点设在电站并网线路10kV侧断路器上；人工解列点设在所并变电站的所并10kV线路断路器侧。
3 继电保护
3.1 继电保护配置依据
根据国家电网发展[2009]747号《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定（试行）》，《继电保护和安全自动装置技术规定》（GB/T14285-2006），并依据系统一次设计方案，进行系统继电保护的配置。
3.2 继电保护及安全自动装置
光伏电站线路侧应配置普通的微机线路保护除普通线路保护功能，相应加装欠压/超压、欠频/超频保护，并能接收1#电站所发跳闸命令并执行。工程中的110kV变电站10kV线路保护侧已配置微机线路保护并满足系统要求，不需重新配置。T接点的高压分支断路器应配置普通的过流脱扣装置。110kV变电站主变间隙保护应增加联切10kV线路对侧光伏电站并网断路器。光伏电站以1#电站为主站，与110kV变电站中主变间隙保护装置配合。
3.3 防孤岛保护
光伏电站必须具备快速检测孤岛并立即断开与电网连接的能力，其防孤岛保护应与电网侧线路保护相配合。光伏电站必须设置主动和被动防孤岛保护各1套。微电网从并网转人孤岛运行瞬间，流过公共连接点的功率被突然切断，切断前通过PCC处的功率如果是流入微电网的，则它就是微电网离网后的功率缺额；如果是流出微电网的，则它就是微电网离网后的功率盈余；大电网的电能供应突然中止，微电网内一般存在较大的有功功率缺额。
在离网运行瞬间，如果不启用紧急控制措施，微电网内部频率将急剧下降，导致分布式光伏电源采取保护性的断电措施，这使得有功功率缺额变大，加剧了频率的下降，最终使得微电网崩溃。因此，要维持微电网较长时间的孤岛运行状态，必须在微电网离网瞬间立即采取措施，使微电网重新达到功率平衡状态。
微电网离网瞬间，如果存在功率缺额，则需要立即切除全部或部分非重要的负荷、调整储能装置的出力，甚至切除小部分重要的负荷；如果存在功率盈余，则需要迅速减少储能装置的出力，甚至切除一部分逆变器。这样，使微电网快速达到新的功率平衡状态。
微电网离网瞬间内部的功率缺额（或功率盈余）的计算方法：就是把在切断PCC之前通过PCC流人微电网的功率，作为微电网离网瞬间内部的功率缺额，PPCC以从大电网流人微电网的功率为正，流出为负。当Pqe为正值时，表示离网瞬间微电网内部存在功率缺额；为负值时，表示离网瞬间微电网内部存在功率盈余。
由于储能装置要用于保证离网运行状态下重要负荷能够连续运行一定时间，所以在进入离网运行瞬间的功率平衡控制原则是：先在假设各个储能装置出力为0的情况下切除非重要负荷；然后调节储能装置的出力；最后切除重要负荷。
4 结语
本试点工程采用分散式微电网，接入配电网时采取就地平衡原则，正常用电期间用电负荷峰值在100kW左右，此时光伏发电可部分就地被消纳，光伏发电超过用电负荷，可将多余电量储存，当夜间用电负荷较小期间，整个系统用电负荷小于30kW，微电网离网运行时可使用储存电量，当110kV变电站全站检修或失压时，可为变电站充当临时电源，加强电网与用电侧互动与管理、推进分布式发电利用，加速智能电网和互动服务体系建设，节能降耗，提高能效，具有明显的创新性和实用性。
参考文献
[1] 李瑞生，周逢权，李燕斌.地面光伏发电系统及应用[M].北京：中国电力出版社，2011.
[2] 毛建荣，周逢权，马红伟.微电网组网优化设计[J].华北电力技术，2012，（1）：32-35.
[3] 张洋，李献伟.基于有功缺额的微电网集中控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（23）：106-111.
[4] 丁明，王敏.分布式发电技术[J].电力自动化设备，2004，24（7）：31-36.
作者简介：贾继灏（1981—），男，河南省电力公司检修公司工程师，研究生，研究方向：电力系统运行；马丽丽（1982—），女，河南省电力公司安阳供电公司工程师，研究生，研究方向：电力系统继电保护；张大伟（1983—），男，河南省电力公司安阳供电公司助理工程师，研究方向：电力系统一次检修。
（责任编辑：刘 晶）