浅析分布式光伏电源接入电网安全管理

朱少芬

（国网福建省电力有限公司三明供电公司,福建 三明 365000）

多年来，为改善我国的能源消费结构，国家和地方政府陆续出台了一系列政策，在此大背景下，我国新能源技术取得了突出成效。太阳能作为清洁能源，一大利用方式为光伏发电，在当前相关理论与技术的支持下，分布式光伏电源接入电网的情况较为常见，这一并网方式下配电网结构发生了显著变化，在供配电过程中的风险较大。行业现代化发展的趋势下，分布式光伏电源接入电源方面应增大在安全管理中的投入，转变安全管理理念、方法与技术，构建科学的工作机制。

1 分布式光伏电源接入电网的限制性条件

1.1 受变电站与电路限制

在电网中允许分布式光伏电源接入，实际上是为了提高电网的供配电能力，为生产生活提供优质的电能资源。但依据这一接入方式及过程，在运行过程中变电站对其接入效果、运行稳定的干扰较大，主要表现为剩余间隔、负荷水平最大值。当然，电路也会造成一定的限制，当接入的光伏电源被电路所限制时，在电网中电路模型、无功补偿、电路总长及其负载等起到了关键作用。

1.2 变电站负荷最大值

当在原有的电网中加入了分布式光伏电源后，由于电网结构有显著变化，在电能传输过程中不得继续采用主变压器。在接入过程中变电站负荷最大值为需要重点关注的参数，因为只有确定了此参数，才能准确判定能否吸收发电容量。

1.3 剩余变电站间隔

实际的工作中一旦分布式光伏容量值较大，超出了正常限制，此时其在与变电站连接过程中需采用特有的连接方式，否则，如选用的连接方式不符合要求，将影响接入效果。当在电网中利用分布式光伏电源供应电能，变电站剩余间隔数量对专线接入有明显限制。

2 分布式光伏电源原理

当前经济社会发展的过程中，分布式光伏电源技术的应用相对较多，其中涉及很多部分，主要为直流源（光伏电池组件、方阵支架）、直流配电单元（直流汇流箱、直流配电柜）、并网逆变器、交流配电单元等部分，每部分都有其作用，在相互关联下可顺利发电并实现电力供应、并网。分布式光伏电源的运行过程为：太阳辐射作用下由太阳能电池组件阵列接收太阳能并将其转化为电能，输出到直流汇流箱再经过直流配电柜，由并网逆变器进行逆变处理，逆变成的交流电一部分用于当下所需，另一部分接入电网。

3 分布式光伏电源接入电网的安全风险

3.1 对配电网运维检修的影响

3.1.1 增加了“反送电”安全风险

将分布式光伏电源接入电网后，电网运行模式较之原先有显著调整，停电检修区域出现“孤岛”现象的几率较高，此区域可能存在多个“孤岛”电源点，如未及时处理相应问题，势必伴随着“反送电”现象，带来更大的安全风险。上述现象可能是逆变器类分布式电源在接入电网时，未提前分析负荷情况，接入电源与系统负荷匹配性不足，负荷过度依赖公共电网电源，一旦公共电网供电异常或者出现其他问题，分布式光伏电源接入电网的运行效果不佳。另外，用户并网逆变器的质量缺陷也是诱发“反送电”现象的一大主因，正是因为并网逆变器的这一特点，在预防“反送电”问题时，应尤其关注此设备。分布式光伏电源接入电网下的“反送电”风险主要表现在以下方面：（1）“孤岛”运行检测失效，结果不准，比如，用户负荷主要由分布式电源提供，或者有极其强大的负荷调节功能，当公共电网供电中断、“孤岛”形成前后分布式电源接入电网时的电压或变化异常小时，难以达到保护整定值规定、孤岛检测失效，而此时的“孤岛”条件更有利于“反送电”。（2）分布式电源并网逆变器从本质上来看为用户所有，在实际的工作中，用户一般能根据需求来选择特定型号的逆变器，因为用户的自主选择特性，公共电网检修与维护单位并不能全面把握设备质量，经常因选择劣质设备而引发“反送电”。

3.1.2 降低了停电检修维护效率

依据当下分布式光伏电源接入电网的情况，其接入主要为T 接并入方式，这一连接条件下一旦系统在后续的运行过程中出现了故障，有关人员需耗费更长的时间内分析故障类型，并实现故障的精确定位，掌握故障原因，整个过程中的工作难度大、效率低，故障范围逐步扩大，将造成更大的风险及损失。

3.2 对电网控制和安全运行的影响

电网运行过程中受诸多因素影响，将分布式光伏电源接入电网后，考虑到光伏电源的不确定性，在电网运行中可能受到这一方面不确定因素的干扰，导致电网功率波动异常，风险频发。

3.2.1 对短路电流水平影响

在大力推广新能源的社会环境下，很多专家学者都在新能源利用方面展开了大量的理论探索与实践分析。针对分布式光伏电源接入电网的形式，从理论角度来看，机端短路情况下逆变器类并网的分布式电源，其提供的短路电流虽高于额定电流值，但其高出值较小，仅能达到额定电流的1.1 ～1.5 倍，但旋转电机类并网的分布式电源，提供的短路电流异常大，基本为额定电流值的6 ～10 倍。为此，如在实际的工作中采用的是低压分散并网的分布式电源，其机组容量相对较小，且光伏发电占比高，机组短路电流偏低，虽对低压配电网短路电流水平存在一定的影响，但其影响水平微乎其微；如为容量较大的燃气轮机、柴油机等旋转电机类的分布式电源接入电网，电网短路电流水平相对较大。目前，我国的大部分城市都建立了相对完善的电网，虽相关技术逐步发展，但配电网短路电流水平逐年增大，这一现象在经济发达、电力负荷较高的东部城市表现更为明显，如未注意这一问题，电网继续运行将出现安全事故。

3.2.2 对配电设备利用率的影响

随机性、波动性为分布式电源的典型特点，相比较来说，光伏、风电、径流式小水电等可再生能源分布式电源无法保持电源的持续供应，在供应电能时，常常出现中断现象，这主要是因为这些供电方式下存在诸多不确定性因素。从建设的经济性方面来分析，对于小型分布式电源而言，一般未设置储能装置，很难具备持续、稳定供电条件；但分布式电源供电的用户对供电要求相对较高。因此，分布式光伏电源接入电网的过程中，对配电设备利用率的影响较大，配电网必须有充足的备用容量，显然，很多情况下，配电网的备用容量达不到要求，在供电过程中经常遇到一些突发性问题，导致配电设备利用率偏低，增大设备运行风险。

3.2.3 对配电网继电保护的影响

一些分布式电源为低压分散并网方式，此方式下的容量小，且光伏发电占比高，此时，机组短路电流维持在较低水平，该电流接入配电变压器低压侧，一旦分布式电源发电电量在本台区消纳，整个过程中对中压配电网的干扰微乎其微；一旦通过变压器向上一电压等级送电，中压配电网保护异常，伴随着一定的风险。比如，对电流保护方面，保护灵敏度显著降低，动作缓慢且存在动作错误等情况；对于采用专线接入的分布式电源，此接入方式下配电网潮流方向未变化，对配电网电流保护虽有影响，但其影响程度异常小。另外，对配电网自动重合造成的非同期重合、故障点电弧重燃等问题突出。

3.2.4 对配电网自动化的影响

在采用了分布式光伏电源接入电网的方式后，配电网中因为添加了很多新设备，再加上新旧电网的结构形式、线路布局等各有不同，在配电网运行监控过程中的复杂性大大提高，如未获取更完整和全面的信息，误调度现象难以避免。另外，一些情况下，配电网运行调度需接入分布式电源实时发电信息，此项工作虽能为控制管理提供便捷，但信息安全问题突出，如未合理进行安全防护，可能存在信息泄露问题。

3.2.5 对系统稳定的影响

如太阳能光照不稳定，分布式光伏电源接入电网时发电量、效率将存在一定的变化，系统的调控难度明显增大，在光伏电源容量较大的过程中，系统的备用部分存在稳定性不足问题，整个系统无法保持最佳的运行状态。

4 分布式光伏电源接入电网的安全管理措施

4.1 改造配电网的目标及实现方法

面对分布式光伏电源接入电网所面临的安全风险，为实现安全管理的目标，相关人员在具体的工作中必须改变配电网的目标及实现方法，主要需注意以下方面：（1）如电网保持在相对稳定的工作状态下，有关人员需结合实际情况，合理利用分布式光伏的能力，将其接入电网，保持电网安全。（2）如电力用户对供电质量有严苛规定，电站在利用光伏式发电技术时，需合理配备滤波装置，将此装置规范安装于指定区域，否则，如未配备该装置，或者存在安装问题，极易引发安全问题。如接入变电站时采用的是专线方式，有关人员在前期的工作中应分析用户点谐波水平，以满足用户需求作为前提配备设备、组织安装作业。（3）如用户对供电有严格的质量与安全要求，相关人员需结合实际情况完成容量预留，确保预留容量的充足性，以减小光伏发电的波动现象。

4.2 严把并网设备安全关

4.2.1 并网逆变器安全合格关

分布式光伏电源接入电网时，并网设备必不可少。当前市场上的并网设备种类较多，每种设备都有其功能及性能特点，且这些设备都有各自的适用条件及应用效果。分布式电源系统中并非全部的并网设备都适用，有关人员需在前期的工作中做好比选。以并网逆变器为例，该设备的应用范围较广，为在电网中发挥此设备的优势，有关人员必须根据光伏并网要求中的并网逆变器配置需求，进入市场展开实地调研，了解市场可用的并网逆变器，对比这些逆变器的价格、安全、技术参数等，择优采用。

4.2.2 并网点开断设备安全隔离关

并网点开关设备在分布式光伏电网接入电网期间，也有其他设备无法比拟的作用。针对高压接入的分布式电源，有关人员在具体的工作中必须从专业性角度检查并网点开断设备的性能及安装效果，在电网侧则需结合行业规定完成接地处理。对于低压接入的分布式电源，有关人员需仔细检查并网点开断设备是否有开断指示、低压保护功能，在无指示且低压保护功能达不到标准的情况下，需更换新设备。

4.2.3 处理孤岛效应

一旦在分布式光伏电源接入电网过程中存在孤岛效应，对整个系统的安全工作将极为不利。针对这一方面的安全风险，相关人员必须加强技术检测，细化工作流程及方法。孤岛效应的发生并无明显的规律性，为此，技术与管理人员之间需加强合作，共同建立分布式监控约束机制，以在该机制下保障各项工作的规范性。在分布式光伏发电系统、低压电网并网点设置专业化设备，利用这些设备实时采集电网运行数据，并进行预警。一旦电网运行过程中发生了异常情况，应立即中断供电过程，由专有设备将采集的信息上传到管理端，切断分布式光伏发电系统的供电，由后台人员进行故障分析及判定。当然，在此过程中剩余电量可储存于大容量蓄电池中，一旦蓄电池饱和，发电过程终止，设备可及时了解分布式光伏发电系统的运行状态及相关变化，在个别参数超出限值的情况下启动预警，最大化预防孤岛效应的负面影响。

4.3 严把作业安全措施关

4.3.1 把好停电验电状态核对关

正式开展相应的工作前，应由专人进入现场检查，分析附近是否有分布式电源、是否按照行业规定进行了停电工作，并分析作业地点是否有电，弄清这些问题后，及时制定安全工作方案。

4.3.2 把好检修现场安全措施关

由分布式电源供电的专业设备，无论在检修工作、安全管理还是倒闸操作过程中，都应以带电设备来安排。任何情况下，为提高分布式光伏电源接入电网的安全性，企业都需要安排专人做好检修现场的安全工作，依据行业规定停电、验电和接地。

5 结语

分布式光伏电源接入电网的过程中，安全问题较为严重，针对这些问题，相关人员必须分析安全问题的原因，制定行之有效的工作策略，并不断创新技术形式与路径，以提高配电网运行的可靠性与安全性。