(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 710075)
摘要：分布式光伏发电并网设计是当前各个地市设计公司面临的挑战，伴随太阳能发电设备的降价及国家的鼓励政策，越来越多的企业和用户开始利用光伏太阳能来发电，并根据容量多少接入相应电网。作为设计者而言，合理的并网设计是高效利用能源的前提。本文以110kV电网接入为例，探索了分布式光伏发电并网的设计相关要素。
关键词：分布式光伏发电、并网设计、电网建设
一、前言
太阳能资源是当今发电系统中重要的无污染清洁能源，光能资源的利用不仅可以解决当前电力短缺的问题，同时可以从环境上改善民生，促进电力技术的发展和应用。作为电力需求的大国，中国在光伏发电技术上的应用逐步走向前列，其入网设计等级涵盖当前的各个电压等级。作为输电网重要的电压等级110kV，其光伏电能的并网更是从客户配电端输送电流，将实现光伏电能的最大利用化。
二、设计要点
1、设计入网问题
接入电压等级及接入变电站选择是分布式光源并网的重点，依据国家电网公司给出的分布式电源接入相关要求，从电网优化设计方案出发，综合合理考虑周边电网的结构、周边的路径现状及城市规划布局。如黄石铁山光伏接入系统的装机容量为50MVA，同时考虑周边无35kV电压等级，考虑从110kV电压接入。黄石铁山光伏接入系统周边有2座220kV变电站、2公用3专用共5座110kV变电站，设计从间隔使用及扩建角度出发，考虑了110kV、220kV变电站实际间隔情况，然后根据变电站的距离、运行情况、线路及变电站的负载率出发，综合考虑各方面因素，选择了设计的最终接入变电站。
2、设计路径问题
路径选择是接入系统报告面临的一项重要问题，可行的路径及最优的路径方案，不仅要满足国网要求的线路典型设计（双联络、单环网、双辐射等），更要使得线路设计最优化、经济最优化，为达到以上要求，本文涉及的可从铁山城区通过，从导线选择上可选用架空线及电缆，从线路廊道上可直接从城区主干网络通过也可从山边沿绿化道通过（线路相对前者超20%），通过技术性及经济性比较，最终选用了较为经济的架空线路，避免从城区与水网、石油管道及地下通信电缆相交叉现象。
路径选择不仅要考虑以上问题，更要考虑线路线径的选择，合理的导线型号不仅可以满足当前传送的功率，更要满足远期电网功率的传送，在设计时更要考虑线径的大小适度，这不仅可以降低线路电能损失，更能做到线路的投资最优化，杜绝线路的浪费投资及重复投资现象。
3、环境评估与效益
从节能、环保、经济角度出发，分布式光伏发电的并网是充分利用可再生能源，且不需要消耗任何燃料，且相比传统发电模式，可节约大量的燃煤量。光伏相比传统能源发电，具有明显的环境无污染优势，且不用因污染而采取清除与赔偿成本。
三、深度研究
第一，从国网典型设计出发，不考虑专用及公用问题，多角度对线路的改造进行优化设计，如接入专用线路或接入专用变电站，将其均看作公共资源，以便设计出最优电网结构模式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在当前，面对经济的发展，专用线路、专用变电站的资源越来越稀缺，变电站的间隔及线路走廊问题日益突出，因此在当前设计中可考虑将专网线路及专用变电站纳入到主网中，将有限的电网资源利用扩大化。同时形成有效的双联络、双环网、单环网、πT接线等模式，不仅可以提高变电站及电能资源的利用率，同时可以提升专用变电站或用户的电能质量及供电能力。
以本文中所举的工程为例，现有的接线模式为：220kV铁山变电站→110kV桥洞变（T接110kV土桥降压站）→（T接110kV还地桥变）→下陆变电站；220kV铁山变电站→110kV桥洞变→红峰牵引站；220kV秀山变→110kV华祥降。若将线路按公专网相连，不考虑专线专用，可设计成：20kV铁山变电站→110kV桥洞变（T接110kV土桥降压站）→110kV华祥将变→220kV秀山变电站；220kV铁山变电站→110kV桥洞变→红峰牵引站→110kV还地桥变电站→220kV秀山变电站。从这两种设计模式可以看出，改进之后的设计模式其优势在于110kV变电站土桥降、华祥降、红峰牵引站、桥洞变、还地桥变的供电能力提升，有同一座变电站供电可转为两座变电站供电、线路走廊充分利用、变电站的间隔利用率也大大提升。从根本上具备一定的经济优势和设计优势，也是对当前经济能源、土地资源最大化的一种表现。
第二，考虑光伏接入系统的稳定计算问题，光伏接入是否带来电压的异常、是否对调度的运行产生大的影响等。光伏接入的电压等级、变电站的负载能力、是否升压、是否倒供、是否改变电压大小等均是设计考虑的主要问题。因光伏发电具备点多面广问题，因此在接入电网系统中不再是像发电厂那样得升压作为电源首端输出电能，分布式光伏发电将根据地理优势，广布点接入电网，因此电能质量、频率、电压稳定等均成为分布式电源的校验重点。本文举例工程从220kV铁山变入网，该220kV常供110kV电能为61.5MW，大于光伏发电的最大负荷50MW，因此在传送时不考虑其电能送往上级情况，但在此电压变化中，需考虑电压由光伏侧至铁山变电站侧的电压降，对加入无功补偿或调压器对电压进行补偿，以降低电压波动，满足电压电能传送标准。
第三，考虑光伏接入的电压频率。分布式电源入网的频率变化也是电能调节的重点，根据国网电能频率的标准，一般采用50Hz频率，在低于或高于该频率5%的情况都视为电压不合格，因此在分布式电源入网侧需对电压进行测量、并对电能的传送功率进行计量，对于过大或过小的电压需进行相应矫正，以满足电能供网的需求。
四、市场价值
分布式光伏发电并网是否具备应有的使用价值及推广价值，已经得到论证。从本文的实例分析，该分布式电网的接入，其年产发电量、投资总成本等，经过计算，预计约8年可收回投资，从字面上看，该效益上尚在可接受的范围内。但考虑到环境气候的影响及电能传送的影响，该效益需打20%折扣，预计约10年收回成本。因此在可研设计阶段不仅要考虑电能的入网问题，更要从侧面考虑该方案是否具备可行性，是否在将来因投资效益问题而搁置，白白浪费电网的有限资源等问题。
分布式电源的入网若取得成效将带动其他地区该产业的发展，因此在设计时是否考虑模块化建设，是否针对该类型的问题提出模块化建议。在设计时，是否在考虑个性化设计的同时考虑设计的普及化，这是设计分布式电源的一个切入点，考虑电压质量测量、接入系统模块、接入电压频率测试等均可以设计成模块化，因此好的设计可以带来类同化的效益，同时对设计结构进行普及推广，有效提升分布式电能的能源占比。
五、结束语
总而言之，分布式光伏发电的并网是否得到足够快的推广，不仅与当前典型设计有关，更应与设计的思路变更（充分利用现有电网资源）、设计的市场推广应用有关，优秀的设计理念可以提升设计成品的实践化、遍布化。
参考文献：
[1]张燕妮.浅谈光伏发电的方案设计[J].东北电力技术，2014，（2）.
[2]黄文建.分布式光伏发电并网技术分析[J].新材料新装饰，2014（5）.
[3]黄志强.分布式光伏发电并网调度的探讨[J].中国新技术新产品，2015（9）.
论文作者:郑鹏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/18
标签：变电站论文; 分布式论文; 电能论文; 电压论文; 光伏论文; 电网论文; 线路论文; 《电力设备》2016年第22期论文;