发电厂内光伏电站并网侧电源安全运行的探讨

许 震

(国家能源集团谏壁发电厂，江苏 镇江 212006)

0 引言

发电厂内光伏电站是通过其厂用电系统进行保障性消纳从而实现商业运行的光伏项目，为火力发电企业绿色转型、多元发展提供了示范。随着发电厂内光伏发电项目的建设、调试、投产和运行，光伏电站的运营、维护、托管成为重点课题，其中光伏电源并网侧电源的运维显得尤为重要。

1 厂内光伏电站配置

某火电厂利用厂区内闲置地面和建筑物屋顶，采用“厂用电接入、全额上网”模式建设光伏发电项目，总容量约8.1 MW (峰值功率)，年平均发电量约807.084万kWh，年发电利用小时数约996.4 h。

该光伏工程采用固定式安装，地面区域电池方阵的固定倾角为15°，混凝土屋顶区域电池方阵的固定倾角为8°，彩钢瓦及车棚区域电池方阵采用顺坡平铺。

项目采用两个子系统，1， 2号子系统发电单元装机容量分别为4.266 MW， 3.834 MW，其电池组件均为每18/20块组成1串，并列多路接入1台逆变器，其中1号子系统的1B，2B，3B箱变输入的是逆变电压分别为0.4 kV，0.4 kV，0.8 kV的三相交流电，2号子系统的4B，5B，6B箱变输入的逆变电压均为0.4 kV的三相交流电，各单元经升压并入电厂的6 kV厂用电系统A段。

2 光伏配置的安全影响因素分析

分布式光伏电源接入厂用电系统后，对厂用电系统传统的管理提出了新的挑战，其接入不仅改变了厂用电系统的电源供电模式，还对厂用电系统的安全、稳定运行带来较大影响。受天气和光照强度的影响，光伏电源的输出功率具有间歇性、波动性的特点，对供电可靠性、电能质量及运行检修等都产生了较大影响。光伏对厂用系统的影响主要涉及电压波动、谐波的污染及直流分量的考量，同时需要考虑光伏非计划性孤岛及继电保护与安全自动装置的影响。

2.1 电压波动

光伏发电装置的实际输出功率随着光照强度的变化而变化，白天光照强度最强时，发电装置输出功率最大，夜间几乎无光照后输出功率基本为零。而实际运行中，太阳光照强度的变化过程是一个平缓持续的过程，光伏发电项目送出功率变化引起系统侧的电压水平的变化同样较为缓慢，从发电实际工况曲线也可看出，光伏电站接入厂用电系统所导致的系统侧电压波动和闪变均可满足要求。

2.2 谐波污染

分布式光伏电源供出的直流电须经由逆变器逆变成交流电，方可并入系统，而接入电网的逆变器含有大量的电力电子元器件，逆变器元件的频繁开通与关断会产生大量谐波分量，进而引起厂用系统的谐波污染。这一问题随着电力电子技术的不断发展及控制方法的成熟，特别是基于PWM逆变技术的应用，逆变器的输出特性已大为改观，输出电能已基本能够满足电能质量的要求，但仍需要采取降低谐波源的谐波含量，以及利用滤波器进行滤波等措施来抑制谐波，使产生的谐波电压(电流)满足条件。

项目由于容量较小，且光伏电站出现的问题主要是由光伏逆变器设备引起的电能质量问题，当光伏逆变器设备的相关指标符合规定时，分布式光伏并网引起的厂用电系统电压偏差、谐波、闪变及电压波动、三相不平衡等电能指标一般均可满足国家标准。根据计算，此次光伏电站接入系统谐波电压总谐波畸变率为0.013 %，满足要求。

2.3 直流分量

光伏电站逆变器输出经升压变压器升压后接入厂用电系统，升压变压器低压侧绕组采用三角形接线将直流分量隔离，故直流分量不会传送到厂用系统，满足《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中的相关要求。

2.4 光伏非计划性孤岛

分布式光伏引起的非计划性孤岛运行可能对电网负载或人身安全造成危害。电力孤岛区的供电电压与频率出现不稳定，电网恢复供电时会引起较大的电流冲击。另外，厂用电母线系统检修期间要将分布式光伏发电作为安全风险点纳入计划检修管理，否则将直接对检修人员人身安全产生威胁。

作为运行与检修部门，要加强分布式光伏发电的管理，如在厂用电系统接线图中注明光伏电源的项目，工作票系统中将光伏电源作为安全风险点，现场安全措施应考虑光伏电源的隔离，现场开工作业时告知光伏发电可能来电的方向等。

2.5 继电保护与安全自动装置

分布式光伏接入厂用电系统运行，需对并网运行的分布式光伏系统配置相关的继电保护装置和故障解列等安全装置。当分布式光伏线路本身或分布式光伏所接入的厂用系统发生故障，所配置的防孤岛保护应能可靠动作，及时切除故障点，保证动作时间与厂用快切装置的时间配合，从而确保供电质量，减少厂用系统设备的损坏以及对于检修人员的人身威胁。

2.5.1 光伏并网侧需配置安全自动装置

并网光伏发电系统会对配电网的电压与频率质量及其控制造成一定影响，光伏并网侧需配置安全自动装置，一般应具备低压解列、低频解列、过频解列、过压解列等基本功能，以及实现频率电压异常紧急控制功能、跳开光伏并网侧断路器功能等。

2.5.2 加装防孤岛保护装置

若光伏发电容量相对于负载比例较小，当厂用系统失电后，电压、频率会快速衰减，逆变器可以准确检测出来。但随着光伏发电容量的不断加大，并网光伏发电系统中会有多种类型的并网型逆变器接入同一并网点，导致互相干扰，同时在出现发电功率与负载基本平衡时，抗孤岛检测时间会明显增加，甚至可能出现检测失败，故在并网型逆变器具备孤岛保护功能的前提下，仍要求光伏系统并网点加装防孤岛保护装置，这是为了实现防孤岛保护准备的二次防护。

逆变器防孤岛保护与光伏并网点防孤岛保护装置的动作范围不一样，逆变器检测市电消失后自动关机退出运行，而并网点防孤岛保护装置动作跳开并网开关。

防孤岛保护装置作用于光伏电站的小电源并网供电系统，在发生孤岛现象时，该保护装置可以快速切除并网点，使电站与电网侧快速脱离，从而保证整个电站的安全以及相关维护人员的生命安全。该站采用国电南瑞NSR659RF-D防孤岛保护装置，其保护装置柜内有以下保护压板：投装置检修压板、投低压解列、投低频解列、投过压解列、投高频解列。

2.5.3 厂用电快切装置增设联跳开关逻辑

为了消除光伏并网电源对机组厂用电系统厂用电快切装置的影响，在6 kV厂用电快切装置切换逻辑中，增设联跳光伏并网侧开关回路，光伏并网侧开关先跳开作为厂用电备用开关合闸条件之一。

2.5.4 低电压穿越保护

逆变器的低电压穿越保护指当电力系统事故或扰动引起光伏电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏电站能够保证不脱网连续运行的功能。根据NB/T 32005—2013《光伏发电站低电压穿越监测技术规程》的规定，低电压穿越功能适用于35 kV及以下的电压等级并网，以及通过10 kV等级与公共电网连接的新建、扩建和改造的光伏发电站。

低电压穿越能力需要由逆变器实现，故并网侧电源开关就不考虑此功能了。

2.5.5 光伏并网侧开关保护装置

采用国电南瑞NSR612RF-D线路保护测控装置，保护压板有保护跳闸压板、投快切跳闸压板、孤岛保护跳闸压板(由防孤岛保护装置1CLP1压板来承担)、投检修态压板、低周减载压板(不投)、低压减载压板(不投)等。

3 日常操作说明

3.1 光伏并网分合闸采用DCS遥控方式

光伏并网开关分合闸操作采用DCS遥控方式，具体操作由新能源部通知副值长，副值长下令当班电气人员执行。

3.2 采用3块开关柜压板进行投切操作

并网开关柜压板投切方式为：“保护跳闸”“快切联跳”“孤岛跳闸”共3块压板投入，“投检修压板”“低周减载”“低压减载”共3块压板解除。

3.3 厂用电切换及母线检修操作规定

机组启动和解列过程中，厂区光伏系统操作规定如下。

(1) 机组启动。机组正常启动前，光伏并网开关所在段母线由6 kV备用电源供电。应在6 kV厂用电切换前，通知新能源部停用该段母线光伏系统；待厂用电切换至工作电源供电正常、系统稳定后，通知新能源部投入该段光伏系统。

(2) 机组停机。机组正常停机前，光伏并网开关所在段母线由6 kV工作电源供电。应在6 kV厂用电切换前，通知新能源部停用该段母线光伏系统；待厂用电切换至备用电源供电正常、系统稳定后，通知新能源部投入该段光伏系统。

(3) 母线检修。厂用6 kV A (B)段母线需要停运检修，应提前通知新能源部将该段母线上所属厂区光伏系统可靠隔离；停用该段母线上6 kV光伏并网开关，并将其拉至试验位置，验明开关下桩头三相无电后合上接地闸刀。

4 事故及异常处理建议

(1) 当机组或厂用电系统发生异常需要立即进行厂用电切换操作时，可直接拉开该段光伏并网开关，汇报副值长并通知新能源部对该段光伏系统进行检查和操作。

(2) 当光伏并网开关运行中发生跳闸时，不得再次强行合闸，应检查保护动作情况，记录跳闸时间，并联系新能源部处理。

(3) 当机变保护动作时，厂用电快切装置动作切换厂用电，应检查光伏并网开关是否按规定跳闸；如未跳闸，可直接拉开光伏并网开关置“禁操”，通知新能源部对该段厂区光伏进行处理。

(4) 巡检中发现光伏并网开关、计量柜内保护装置、分合闸状态指示、计量柜参数异常或其他异常情况，应立即通知新能源部进行检查。