分布式光伏发电并网对配电网安全的影响分析

陈黎军

(国网江苏省电力公司无锡供电公司，江苏 无锡 214061)

分布式光伏发电并网对配电网安全的影响分析

陈黎军

(国网江苏省电力公司无锡供电公司，江苏 无锡 214061)

分析了分布式光伏发电并网对配电网运行安全、检修安全以及计量安全等方面带来的影响，从加强管理手段、规范技术手段入手，提出了相应的对策和措施，通过有针对性地加强分布式光伏发电并网后的安全管理，有效避免了分布式光伏发电并网后对配电网的安全稳定运行造成的危害，实现了配电网与分布式光伏发电的协调发展。

分布式光伏发电；并网；配电网

0 引言

分布式光伏发电对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。当前，在国家相关产业政策支持下，我国分布式光伏发电发展迅猛、潜力巨大，但由于这些光伏发电系统规模小、数量多，大量分布式光伏发电的接入将对电网的安全产生显著影响。

分布式光伏发电大量接入配电网(10 kV及以下中低压配电网)后，将改变电力系统在中低压层面的结构与运行方式，使得配电网从一种垂直的辐射式网络转变为多电源的水平式网络。当分布式光伏发电接入配电网中的数量和容量达到一定程度时，将对配电网原有的运行安全(如继电保护、自动化系统)、检修安全与计量安全等方面产生影响。

1 分布式光伏发电并网对配电网安全的影响

1.1 对配电网运行安全的影响

目前，中低压配电网主要是中性点不接地(或经消弧线圈接地)系统，采用单侧电源辐射型供电网络。分布式光伏发电接入配电网，不仅使得配电网从辐射型变为多电源结构，而且也改变了潮流和短路电流的大小、流向以及分布特性。

1.1.1 继电保护

在配电网短路情况下，分布式光伏发电并网对配电网短路电流的影响如图1所示。

图1 分布式光伏发电并网对配电网短路电流的影响

当2号馈线开关B与C之间发生短路时，主电源和各个分布式光伏发电均向短路点注入短路电流，短路电流增大。同时，短路点上游开关S2和开关B流过来自主电源、本馈线上游接入的光伏发电和其他馈线上光伏发电的短路电流，其中来自分布式光伏发电的短路电流使得故障段馈线电压上升，从而使得主电源供出的短路电流与没有光伏发电并网时相比有所降低。

因此，分布式光伏发电接入配电网后，在配电网线路发生相同短路故障时，流经变电站出线10 kV开关的故障电流发生了变化。

1.1.2 配网自动化

配网自动化(DA)依靠短路电流在配电网上的分布来进行故障定位。若某个区域的一个端点上报了短路电流信息，并且该区域的其他端点均未上报短路电流信息，则故障在该区域内；若其他端点中至少有1个也上报了短路电流信息，则故障不在该区域内。

但对于分布式光伏发电接入馈线的情形，当某个区域发生故障时，除了该区域的主电源侧端点会流过主网电源供出的短路电流以外，该区域与分布式光伏电源连接的端点也会流过相应分布式光伏电源供出的短路电流。因此，传统故障定位原理在分布式光伏发电并网时难以应用。

1.2 对检修安全的影响

分布式光伏发电大多属于用户侧并网，当出力与负荷就地平衡时，就会存在孤岛效应问题。当电力检修人员在维护接有分布式光伏发电系统网侧线路或设备时，一旦分布式光伏发电的防孤岛保护功能失效，将给电力检修人员的现场安全作业等带来隐患。

如图2所示，根据Q/GDW480—2010《分布式电源接入电网技术规定》，孤岛效应是指当开关QF1断开后，公共连接点开关QF2(或分布式光伏发电接入装置)未能检出孤岛状态并及时断开，使分布式光伏发电系统依然向系统送电。当电网因事故或停电检修而失电时，如果分布式光伏发电系统的出力与本地负荷相匹配，就可能发生孤岛效应，造成待检修线路带电(如图2中虚线表示)，给系统设备和相关人员带来安全隐患。

图2 光伏发电系统的孤岛效应示意

1.2.1 分布式并网光伏电源典型设计

10 kV光伏电源接入配电网的典型接线如图3(a)、(b)所示。

10 kV光伏电源经用户内部接入配电网的典型接线如图4(a)、(b)所示。

380 V光伏电源接入配电网典型接线如5(a)、(b)所示。

220/380 V光伏电源经用户内部接入配电网典型接线如图6所示。

图3 10 kV光伏电源接入配电网典型接线

图4 10 kV光伏电源经用户内部接入配电网典型接线

图5 380 V光伏电源接入配电网典型接线

1.2.2 不同接入方式对检修安全的影响

(1) 对于采用专线接入配电网的分布式并网光伏电源(见图3(a)，4(a)，5(a))，在进行维护或检修作业时，直接断开10 kV馈线开关(公共连接点)或380 V的配电低压总开关，就可以确保分布式并网光伏电源与配电网断开，分布式光伏电源就不会形成非计划孤岛。因此，采用专线接入配电网的分布式并网光伏电源不会对维护或检修作业等造成安全影响。

(2) 对于采用T接接入配电网的分布式并网光伏电源(如图3(b)，4(b)，5(b)，6所示)，公共变电站母线(配变低压总开关)断开后，存在分布式并网光伏电源与就地负荷平衡，形成非计划孤岛运行的可能性，会对检修的安全造成影响。

图6 220/380 V光伏电源经用户内部接入配电网典型接线

1.3 对计量安全的影响

分布式光伏发电系统接入配电网，在用户侧安装有独立的分布式光伏电能计量表，从资产属性以及技术上，存在分布式光伏发电用户窃电的可能性，会影响计量的准确性与安全性。

1.3.1 分布式光伏发电并网后可能的窃电方式

目前主要有市电改接法、升压法、整流法和并接电流法4种可能的窃电方式。

图7是380 V分布式光伏发电计量正常接入原理示意，4种窃电方式的具体电路接线方式分别如图8～11所示。

图7 380 V分布式光伏发电计量正常接入原理

图8 市电改接法窃电的接线方式

图9 升压法窃电的接线方式

图10 整流法窃电的接线方式

图11 并接电流法窃电的接线方式

市电改接法是用户通过调整其内部接线方式，当负荷消耗功率P2大于光伏发电功率P1(即I2＞I1)时，将市电通过交流引回至关口表前，将负荷消耗的市电冒充分布式光伏电源的发电量。该电路接线方式相当于使关口计量表的电流虚高，从而使光伏发电量虚高以骗取国家补贴。

升压法是用户利用升压变压器构造出一个虚高的电网电压接入到关口计量表，在关口表两侧人为增加电压差的方式加快表计“转速”，使关口表多计发电量以骗取国家电价补贴。

整流法是用户直接利用整流装置将市电整流成直流电，再经过逆变器转化成交流电上网，使光伏计量表多计发电量以骗取国家电价补贴。

并接电流法采用的调压器相当于一台副边短路的变压器，只需在原边加一个很小的电压，副边即可感应出较大电流，从而达到只需消耗少量市电量却可以多计大量上网电量的目的。

1.3.2 分布式光伏发电并网对计量安全的影响

(1) 以上4种窃电方法都能使分布式计费电能表多计发电量，分布式电源客户以此骗取国家补贴。

(2) 低压光伏项目因电压等级低，操作相对简单，安全风险低，其发生此类问题的可能性应高于高压用户。

(3) 在市电改接法窃电方式下，关于窃电存在2种情况：一是当负荷消耗功率P2大于光伏发电功率P1时，负荷消耗电能越多，分布式光伏电源用户窃取的电能就越多；二是当负荷消耗功率P2小于光伏发电功率P1时，光伏发电功率会流向市电侧，此时窃电失败，反而会给光伏电源客户带来经济损失。

(4) 在升压法窃电方式下，升压装置二次侧电压越高，分布式电源用户窃取的电能也越多。

(5) 在整流法窃电方式下，窃电运行时间越长，分布式电源用户窃取的电能也越多，获得的非法收益也越高。

(6) 在并接电流法窃电方式下，并接电流越大，用户窃取电能越多，非法获利也越多。

2 对策措施

2.1 确保配电网运行安全的对策

2.1.1 继电保护

(1) 无论配电网发生三相或两相短路，由分布式光伏电源供出的短路电流都不超过其额定电流的1.5倍。

(2) 当分布式光伏并网点下游远处发生短路时，将会减小主电源供出的短路电流，其减小幅度与分布式光伏发电接入容量和系统短路容量有关，但可忽略。

因此，分布式光伏发电系统并入配电网，对变电站内10 kV出线开关无需增加保护设备，也无需调整现有保护逻辑，但在进行分布式光伏发电接入方案设计时需要对现有保护定值进行校核。

2.1.2 自动化

根据Q/GDW 480—2010《分布式电源接入电网技术规定》规定，非计划孤岛的分布式光伏发电必须在馈线故障后2 s内从电网脱离。因此，可采用分布式光伏发电脱网特性与重合闸配合的方法来消除短路电流中分布式光伏发电的影响。具体改进策略如下：

(1) 变电站重合闸延时时间增加至2.5～3.5 s；

(2) 配电终端上送过的电流信号不作保持，或缩短信号保持时间至1 s以内；

(3) 主站故障处理功能需要增加对2次过电流信号的叠加分析功能；

(4) 分布式光伏电源并网发电容量超过线路容量25 %时，需要重新整定配电终端上报故障信息的阈值，提高设定值。

上述应对措施不必改变配电自动化系统的硬件，仅需在DA应用软件中略加改动即可。

2.2 确保检修安全的对策

2.2.1 加强检修安全管理

分布式光伏电源并网孤岛运行是影响检修安全的重要因素。因此，需要通过加强检修管理措施的制定，及时修订相关检修管理规程，进一步加强含分布式光伏电源并网配电网的检修安全。

(1) 制订包含分布式光伏电源并网的配电网检修管理规定，强化光伏发电及所接配电网检修安全管理，避免在配电网和送出线路检修过程中分布式光伏电源向电网送电，危及人身安全。

(2) 严格执行《安规》中关于保障安全的技术措施，先验电，若带电，则提前通知相关分布式光伏电源业主，断开进线开关。

2.2.2 规范技术手段

(1) 加强入网检测，以及对分布式并网光伏逆变器欠压防孤岛保护功能的检测，确保在系统开关跳开后，并网光伏电源系统自动切除。

(2) 加强技术监督，贯彻《分布式光伏发电的技术监督规定》，对以非常规途径接入220/380 V配电网的分布式光伏电源加强稽查，确保分布式光伏并网配置失压跳闸、检有压合闸开关和孤岛解列功能。

(3) 采用联动方式，当配电总开关跳开后，联动跳开下级所有电源的公共连接点开关。

(4) 加装负控装置，在检修时，分布式光伏电源的防孤岛保护装置失效的情况下，实现对分布式光伏并网点开关的远程控制。

(5) 加装进线开关PT，确保在配网发生失压时，分布式光伏并网配置失压跳闸、检有压合闸功能有效。

2.3 确保计量安全的对策

(1) 加强对《电力法》、《计量法》、《供电营业规则》的宣传，让用户明白窃电行为触及法律，需要承担相应的法律责任。

(2) 建立覆盖所有光伏发电地区的光伏发电量监测系统，根据日照强度、气象条件、关口表电量和总表电量，对光伏发电量相关数据进行跟踪分析，设置报警阈值实施常态监控，对于偏离参考站点过多的用户进行重点稽查。

(3) 推广智能电表的应用，确保对采集数据的实时在线监测。同时进一步加强装表接电管理，通过规范化走线、表箱、封签等硬件手段防范窃电行为的发生。

(4) 对未投运的光伏项目，加强设计审查、工程验收工作，完成信息建档备案工作。

(5) 对已投运的低压光伏项目，加大现场用电检查力度，缩短用电检查周期，重点关注关口表前后接线。

(6) 在计量技术监督、质量跟踪工作中加大对光伏用户的抽检比例，必要时进行现场检验测试。

(7) 进一步深入分析并开展技术研究，以现有的用电信息采集系统为基础，研究开发软件防范功能和硬件防范设备。

3 结论

分布式光伏发电并网后，对配电网运行安全、检修安全以及计量安全等都带来了一定的的影响。

在配电网运行安全方面，由于分布式光伏发电系统提供的峰值电流时间小于保护发送跳闸命令的时间，因此其对保护的影响可以忽略；对已投运的配电自动化系统无需对硬件作出改动，通过软件调整就能够适应分布式光伏发电并网接入。建议对中低压配电网变电站10 kV出线开关保护的影响可以忽略；对更大容量的分布式光伏电源接入，可通过利用分布式光伏脱网特性与重合闸的配合来进行准确的故障定位。

在检修安全方面，当对分布式光伏发电系统接入配电网的电网侧设备进行维护或检修作业时，分布式光伏发电系统的非计划孤岛运行状态会对电力系统的设备以及人员的作业安全产生影响。建议完善检修管理规程，加强对分布式并网光伏电源防孤岛保护、失压跳闸、检有压合闸等功能的检测，建议采用联动方式，加装负控装置和进线开关PT。

在计量安全方面，分布式光伏发电接入从技术上存在窃电的可能性，对电力系统的关口计量准确性产生影响。窃电将使分布式计费电能表多计发电量，分布式电源客户以此骗取国家补贴。建议主要通过管理和现有技术手段防范此类行为，包括加强对《电力法》、《计量法》、《供电营业规则》的宣传，加大智能电能表推广应用和装表接电管理，以及研发软、硬件防范功能和设备。

1 张忠林，罗卫华，高 凯，等．分布式光伏并网对配电网的影响及解决措施[J]．供用电，2013(4)．

2014-05-10。

陈黎军(1976-)，男，政工师，主要从事安全监督管理、电力设施安全保卫工作，email：chenlijun_wuxi@163.com。