分布式光伏电站接入系统方案设计

杨乐新，肖明伟，杜 力，谢茜子，李 佩

(国网芜湖供电公司，安徽 芜湖 241000)

0 引言

分布式光伏电站并网的首要问题是接入系统方案的制定，这其中涉及的问题有很多，如电网运行安全、潮流流向、系统设备参数、电网消纳能力、继电保护的配置等[1-3]。目前，国内在这方面的研究较少，原则性的东西较多，但在接入模式和设备配置方面没有进一步细化[4-7]。分布式光伏电站并网模式的选择应基于配电网现状及光伏电站装机容量大小而定[8-9]。根据国家电网公司相关管理文件，结合地域配电网网架结构、变电站负荷情况等因素，遵循光伏装机容量不同、电压等级不同，接入系统方案就不同的原则，设计出几种分布式光伏电站的接入系统方案。

1 分布式光伏电站接入系统方案

鉴于目前大部分地区光伏电站并网电压等级以35 kV及以下为主，本文重点对35 kV及以下分布式光伏电站的接入系统方案进行研究。表1为某地区的光伏电站报装容量统计表。

针对分布式光伏电站报装情况和用户上网需求，并结合国家电网公司相关管理文件，将光伏电站上网模式分为全额上网、自发自用/余电上网模式，这2种上网模式所对应的接入容量、设备配置均有所不同，根据电压等级不同，又可细分为35 kV和10 kV接入系统方案。通过现场勘查，了解光伏电站周边变电站、配电网线路相关运行情况，结合光伏电站报装容量，制定出相应的接入系统方案，满足用户并网需求的同时，最大限度地发挥分布式光伏电站区域供电的优势，提高区域供电能力，进而为传统电力系统提供有力支撑。

表1 某地区分布式光伏电站报装容量统计Table 1 Report capacity statistics of distributed photovoltaic power station in a region

综上所述，根据光伏发电相关管理文件以及结合地区配电网设备现状，此处共给出4种分布式光伏电站接入系统设计方案。方案中明确了并网电压等级、上网模式、并网方式及光伏装机容量，具体内容详见表2。

表2 分布式光伏电站典型接入系统方案Table 2 Typical access system scheme of distributed photovoltaic power station

针对分布式光伏电站不同的并网需求，选择合适的接入系统方案是首要确定的重点问题。各种接入系统设计方案的电气接线示意图如图1所示。

2 接入系统方案设备配置原则

针对分布式光伏电站不同装机容量、上网模式、电压等级设计出几种典型的接入系统方案后，从系统运行可靠性、安全性角度出发，本部分内容将针对几种接入系统方案分别给出其一次、二次电气设备的配置原则。

2.1 方案Ⅰ

分布式光伏电站容量高于6 MW低于35 MW时，采用35 kV电压等级专用线路接入公用电网，并网模式为全额上网。其电气一次、二次设备的配置原则如下。

2.1.1 电气一次

(1) 送出导线截面:根据光伏电站送出的容量、并网电压等级选取，并考虑分布式光伏发电的效率。

(2) 开断设备:选择35 kV开关设备，开关额定参数、短路开断参数分别跟据光伏发送容量及短路电流计算结果来定(电网侧、光伏电站侧均应进行短路电流较验)。

(3) 光缆架设:鉴于保护、远动均需采用光纤传输相关信号，因此随35 kV送出线路应同步架设1根光缆线路，光缆芯数可根据实际需求选择。

2.1.2 保护配置

(1) 继电保护:光伏电站采用35 kV电压等级专用线路接入，线路主保护应配置光纤差动保护，后备保护可采用线路电流保护。光伏电站所接入公用变电站的上级送出线路保护动作时需联切光伏电站并网线路，二次增加解列回路。方案Ⅰ保护配置如图2所示。

图1 分布式光伏电站接入系统方案Fig.1 Access system scheme of distributed photovoltaic power station

图2 方案Ⅰ继电保护配置示意图Fig.2 Configuration on relay protection of scheme Ⅰ

(2) 安全自动装置:光伏电站及接入公用变电站35 kV母线均需配置频率电压控制装置1套，用于系统频率电压异常时迅速切断光伏电站与系统的电气连接。

(3) 自动重合闸:当光伏电站通过35 kV专用线路接入公用变电站时，该线路两侧自动重合闸功能应取消。光伏电站所接入公用变电站的上级送出线路两侧自动重合闸功能应取消。

(4) 备用电源自投装置:光伏电站所接入公用变电站进线电源如配有备用电源自投装置(以下简称备自投装置)，当主供电源故障时，备自投动作时应首先切除光伏电站并网线路。

(5) 有功、无功控制装置:光伏电站采用35 kV电压等级接入公用电网，光伏电站侧需配置有功功率、无功电压控制装置各1套，用于控制光伏电站有功、无功容量的输出。

(6) 电能质量监测装置:光伏电站与公用变电站两侧均需配置电能质量监测装置1套,用于监测并网线路的电压、电流、频率、谐波等电气参数。

2.1.3 调度自动化

根据分布式光伏电站并网的相关管理文件，分布式光伏电站采用35 kV电压等级并入公用电网，光伏电站的远动数据应采用调度数据网上传至当地调度管理中心。光伏电站应配置调度数据网相关设备(一、二区数据均需传输)，形成光伏电站至当地供电公司调度控制中心的调度自动化通道。

光伏电站应上传的远动数据包括:并网设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率、发电量、事故总信号等。

2.1.4 系统通信

分布式光伏电站采用35 kV电压等级接入公用电网，鉴于35 kV送出线路主保护需配置光纤差动保护以及光伏电站需通过调度数据网上传远动信息，因此光伏电站侧需配置光端机、PCM、综合配线架等设备，光伏电站所接入公用变电站侧也需增加相应的光口板、光配单元等设备，从而形成光伏电站至当地供电公司调度数据网的数据通道。

2.1.5 电能计量

电能表按照计量用途分为2类：关口计量电能表与并网计量电能表，方案Ⅰ为全额上网模式，关口计量电能表设置在资产分界点(主、副表各1块，同型号、同规格)，并网电能表设置在光伏电站侧, 电能表准确度等级应为有功0.2S级，无功2.0级，有关电流互感器、电压互感器的准确度等级需分别达到0.2S、0.2级(注:资产分界点如设置在光伏电站侧，关口计量电能表与并网计量电能表可合为一)。与此同时,光伏电站并网点处需同步配置无线电量采集器1块,用于上传光伏发电量至营销用采系统。

2.2 方案Ⅱ

分布式光伏电站容量低于6 MW时，采用10 kV电压等级专用线路接入用户10 kV高压电房，并网模式为自发自用/余电上网。其电气一次、二次设备的配置原则如下。

2.2.1 电气一次

(1) 送出导线截面:根据光伏电站送出的容量、并网电压等级选取，并考虑分布式光伏发电的效率。

(2) 开断设备:选择10 kV开关设备，开关额定参数、短路开断参数分别跟据光伏发送容量及短路电流计算结果来定(注:出于设备采购、后期维护的考虑，10 kV开关设备额定电流可选择630、1 250 A，短路开断电流水平可选择20、25和31.5 kA)。

2.2.2 保护配置

(1) 继电保护:光伏电站采用10 kV电压等级专用线路接入，线路主保护应配置光纤差动保护，后备保护可采用方向性线路电流保护，方向指向光伏电站。如并网线路长度较短，则可在用户电房接入开关柜配置三段式线路电流保护，保护范围应延伸至光伏电站。方案Ⅱ保护配置如图3所示。

图3 方案Ⅱ继电保护配置示意图Fig.3 Configuration on relay protection of scheme Ⅱ

(2) 安全自动装置:光伏电站10 kV母线均需配置频率电压控制装置1套，用于系统频率电压异常时迅速切断光伏电站与系统的电气连接。

(3) 防孤岛保护装置:光伏电站并网线路用户侧如只配置三段式线路电流保护，则光伏电站侧需配置防孤岛保护装置1套，该装置应具备被动检测和主动检测双功能；光伏电站并网线路如配置了光纤差动主保护，则防孤岛保护装置可选配。

(4) 电能质量监测装置:光伏电站与公用变电站两侧均需配置电能质量监测装置1套,用于监测并网线路的电压、电流、频率、谐波等电气参数。

2.2.3 调度自动化

根据分布式光伏电站并网的相关管理文件，光伏电站采用10 kV电压等级并入用户高压电房，装置容量低于6 MW的光伏电站，其远动数据可采用无线通信方式上传至当地调度管理中心。容量高于6 MW时，其远动数据需通信调度数据网上传至当地调度控制中心，光伏电站侧需配置调度数据网相关设备。

2.2.4 系统通信

方案Ⅱ分布式光伏电站采用10 kV电压等级接入用户高压电房，装置容量低于6 MW的光伏电站远动信息通过无线公网通信方式上传至当地供电公司调度中心；容量高于6 MW时，因其远动数据需通信调度数据网上传至当地调度控制中心，因此光伏电站侧需配置光传输通信设备。

2.2.5 电能计量

电能表按照计量用途分为2类：关口计量电能表与并网计量电能表，方案Ⅱ为自发自用/余电上网模式，并网电能表设置在光伏电站侧,关口计量电能表通常已配置(如不满足双向计量则需进行改造)，电能表、互感器精度同方案Ⅰ。

2.3 方案Ⅲ

分布式光伏电站容量低于6 MW时，采用10 kV电压等级专用线路接入用户10 kV高压电房(用户电压等级为35 kV及以上)，并网模式为自发自用/余电上网 (注:并网容量高于6 MW低于9 MW时，如满足年自发自用电量>50%宜可采取该模式)。其电气一次、二次设备的配置原则如下。

2.3.1 电气一次

(1) 送出导线截面:根据分布式光伏电站送出的容量、并网电压等级选取，并考虑分布式光伏发电的效率。

(2) 开断设备:开关设备参数选择原则同方案Ⅱ。

2.3.2 保护配置

(1) 继电保护:光伏电站采用10 kV电压等级专用线路接入，线路主保护应配置光纤差动保护，后备保护可采用方向性线路电流保护，方向指向光伏电站。如并网线路长度较短，则可在用户电房接入开关柜配置三段式线路电流保护，保护范围应延伸至光伏电站。方案Ⅲ保护配置如图4所示。

图4 方案Ⅲ继电保护配置示意图Fig.4 Configuration on relay protection of scheme Ⅲ

(2) 安全自动装置:光伏电站10 kV母线均需配置频率电压控制装置1套，用于系统频率电压异常时迅速切断光伏电站与系统的电气连接。

(3) 防孤岛保护装置:光伏电站并网线路用户侧如只配置三段式线路电流保护，则光伏电站侧需配置防孤岛保护装置1套，该装置应具备被动检测和主动检测双功能；光伏电站并网线路如配置了光纤差动主保护，则防孤岛保护装置可选配。

(4) 自动重合闸:用户变电站电源进线两侧自动重合闸功能应取消。

(5) 备用电源自投装置: 用户变电站电源进线如配有备用电源自投装置(以下简称备自投装置)，当主供电源故障时，备自动动作时应首先切除光伏电站并网线路。

(6) 电能质量监测装置:光伏电站与公用变电站两侧均需配置电能质量监测装置1套,用于监测并网线路的电压、电流、频率、谐波等电气参数。

2.3.3 调度自动化

根据光伏电站并网的相关管理文件，光伏电站采用10 kV电压等级并入用户高压电房(用户电压等级为35 kV及以上)，并网模式为自发自用/余电上网，光伏电站远动数据需通过调度数据网上传至当地调度控制中心，光伏电站侧需配置调度数据网相关设备。

光伏电站应上传的远动数据包括:并网设备状态、并网点电压、电流、有功功率、无功功率、发电量、事故总信号等。

2.3.4 系统通信

方案Ⅲ光伏电站采用10 kV电压等级接入用户高压电房(用户电压等级为35 kV及以上)，鉴于光伏电站远动数据需通信调度数据网上传至当地调度控制中心，因此光伏电站侧需配置光传输通信设备。

2.3.5 电能计量

电能表按照计量用途分为2类：关口计量电能表与并网计量电能表，方案Ⅲ为自发自用/余电上网模式，并网电能表设置在光伏电站侧,关口计量电能表通常已配置(如不满足双向计量则需进行改造)，电能表、互感器精度同方案Ⅰ。

2.4 方案Ⅳ

分布式光伏电站容量低于2 MW时，采用10 kV电压等级T接10 kV公用线路，并网模式为全额上网。其电气一次、二次设备的配置原则如下。

2.4.1 电气一次

(1) 送出导线截面:根据光伏电站送出的容量、并网电压等级选取，并考虑分布式光伏发电的效率。

(2) 开断设备:开关设备参数选择原则同方案Ⅱ。该开关设备应具备快速保护功能且预留配电自动化接口，归当地供电公司调度中心管辖。)

2.4.2 保护配置

(1) 继电保护:光伏电站采用10 kV电压等级T接公用线路，资产分界点处开关设备需具备快速保护功能，保护范围应延伸至光伏电站并网开关柜。光伏电站并网开关柜安装线路电流保护，保护范围应延伸至光伏电站。方案Ⅳ保护配置如图5所示。

图5 方案Ⅳ继电保护配置示意图Fig.5 Configuration on relay protection of scheme Ⅳ

(2) 安全自动装置:光伏电站10 kV并网开关柜需配置频率电压控制装置1套，用于系统频率电压异常时迅速切断光伏电站与系统的电气连接。

(3) 防孤岛保护装置:光伏电站10 kV并网开关柜需配置防孤岛保护装置1套，该装置应具备被动检测和主动检测双功能，能有效避免非计划孤岛的形成。

(4) 电能质量监测装置:光伏电站与公用变电站两侧均需配置电能质量监测装置1套,用于监测并网线路的电压、电流、频率、谐波等电气参数。

2.4.3 调度自动化

根据光伏电站并网的相关管理文件，光伏电站采用10 kV电压等级T接公用线路，其远动数据可采用无线通信方式上传至当地调度管理中心。

2.4.4 系统通信

方案Ⅳ光伏电站采用10 kV电压等级T接公用线路，远动信息通过无线公网通信方式上传至当地供电公司调度中心，光伏电站侧需配置无线公网数据传输设备。

2.4.5 电能计量

电能表按照计量用途分为2类：关口计量电能表与并网计量电能表，方案Ⅳ为全额上网模式，二者可以合二为一，电能表、互感器精度同方案Ⅰ。

3 结论

本文给出了分布式光伏电站并网的典型接入系统方案以及设备配置原则，为制定分布式光伏接入系统方案提供便捷的同时，大大地缩短了分布式光伏电站并网的整体流程，提高了光伏管理部门工作效率的同时，也起到为新能源的有序快速发展保架护航的作用。针对几种典型的接入系统方案制定的一次、二次电气设备配置原则使得整个光伏并网工作更加规范化。