許 震

(國(guó)家能源集團(tuán)諫壁發(fā)電廠，江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

0 引言

發(fā)電廠內(nèi)光伏電站是通過其廠用電系統(tǒng)進(jìn)行保障性消納從而實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)行的光伏項(xiàng)目，為火力發(fā)電企業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、多元發(fā)展提供了示范。隨著發(fā)電廠內(nèi)光伏發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)、調(diào)試、投產(chǎn)和運(yùn)行，光伏電站的運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、托管成為重點(diǎn)課題，其中光伏電源并網(wǎng)側(cè)電源的運(yùn)維顯得尤為重要。

1 廠內(nèi)光伏電站配置

某火電廠利用廠區(qū)內(nèi)閑置地面和建筑物屋頂，采用“廠用電接入、全額上網(wǎng)”模式建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目，總?cè)萘考s8.1 MW (峰值功率)，年平均發(fā)電量約807.084萬(wàn)kWh，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)約996.4 h。

該光伏工程采用固定式安裝，地面區(qū)域電池方陣的固定傾角為15°，混凝土屋頂區(qū)域電池方陣的固定傾角為8°，彩鋼瓦及車棚區(qū)域電池方陣采用順坡平鋪。

項(xiàng)目采用兩個(gè)子系統(tǒng)，1， 2號(hào)子系統(tǒng)發(fā)電單元裝機(jī)容量分別為4.266 MW， 3.834 MW，其電池組件均為每18/20塊組成1串，并列多路接入1臺(tái)逆變器，其中1號(hào)子系統(tǒng)的1B，2B，3B箱變輸入的是逆變電壓分別為0.4 kV，0.4 kV，0.8 kV的三相交流電，2號(hào)子系統(tǒng)的4B，5B，6B箱變輸入的逆變電壓均為0.4 kV的三相交流電，各單元經(jīng)升壓并入電廠的6 kV廠用電系統(tǒng)A段。

2 光伏配置的安全影響因素分析

分布式光伏電源接入廠用電系統(tǒng)后，對(duì)廠用電系統(tǒng)傳統(tǒng)的管理提出了新的挑戰(zhàn)，其接入不僅改變了廠用電系統(tǒng)的電源供電模式，還對(duì)廠用電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大影響。受天氣和光照強(qiáng)度的影響，光伏電源的輸出功率具有間歇性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量及運(yùn)行檢修等都產(chǎn)生了較大影響。光伏對(duì)廠用系統(tǒng)的影響主要涉及電壓波動(dòng)、諧波的污染及直流分量的考量，同時(shí)需要考慮光伏非計(jì)劃性孤島及繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置的影響。

2.1 電壓波動(dòng)

光伏發(fā)電裝置的實(shí)際輸出功率隨著光照強(qiáng)度的變化而變化，白天光照強(qiáng)度最強(qiáng)時(shí)，發(fā)電裝置輸出功率最大，夜間幾乎無(wú)光照后輸出功率基本為零。而實(shí)際運(yùn)行中，太陽(yáng)光照強(qiáng)度的變化過程是一個(gè)平緩持續(xù)的過程，光伏發(fā)電項(xiàng)目送出功率變化引起系統(tǒng)側(cè)的電壓水平的變化同樣較為緩慢，從發(fā)電實(shí)際工況曲線也可看出，光伏電站接入廠用電系統(tǒng)所導(dǎo)致的系統(tǒng)側(cè)電壓波動(dòng)和閃變均可滿足要求。

2.2 諧波污染

分布式光伏電源供出的直流電須經(jīng)由逆變器逆變成交流電，方可并入系統(tǒng)，而接入電網(wǎng)的逆變器含有大量的電力電子元器件，逆變器元件的頻繁開通與關(guān)斷會(huì)產(chǎn)生大量諧波分量，進(jìn)而引起廠用系統(tǒng)的諧波污染。這一問題隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展及控制方法的成熟，特別是基于PWM逆變技術(shù)的應(yīng)用，逆變器的輸出特性已大為改觀，輸出電能已基本能夠滿足電能質(zhì)量的要求，但仍需要采取降低諧波源的諧波含量，以及利用濾波器進(jìn)行濾波等措施來(lái)抑制諧波，使產(chǎn)生的諧波電壓(電流)滿足條件。

項(xiàng)目由于容量較小，且光伏電站出現(xiàn)的問題主要是由光伏逆變器設(shè)備引起的電能質(zhì)量問題，當(dāng)光伏逆變器設(shè)備的相關(guān)指標(biāo)符合規(guī)定時(shí)，分布式光伏并網(wǎng)引起的廠用電系統(tǒng)電壓偏差、諧波、閃變及電壓波動(dòng)、三相不平衡等電能指標(biāo)一般均可滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)計(jì)算，此次光伏電站接入系統(tǒng)諧波電壓總諧波畸變率為0.013 %，滿足要求。

2.3 直流分量

光伏電站逆變器輸出經(jīng)升壓變壓器升壓后接入廠用電系統(tǒng)，升壓變壓器低壓側(cè)繞組采用三角形接線將直流分量隔離，故直流分量不會(huì)傳送到廠用系統(tǒng)，滿足《國(guó)家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中的相關(guān)要求。

2.4 光伏非計(jì)劃性孤島

分布式光伏引起的非計(jì)劃性孤島運(yùn)行可能對(duì)電網(wǎng)負(fù)載或人身安全造成危害。電力孤島區(qū)的供電電壓與頻率出現(xiàn)不穩(wěn)定，電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)會(huì)引起較大的電流沖擊。另外，廠用電母線系統(tǒng)檢修期間要將分布式光伏發(fā)電作為安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)納入計(jì)劃?rùn)z修管理，否則將直接對(duì)檢修人員人身安全產(chǎn)生威脅。

作為運(yùn)行與檢修部門，要加強(qiáng)分布式光伏發(fā)電的管理，如在廠用電系統(tǒng)接線圖中注明光伏電源的項(xiàng)目，工作票系統(tǒng)中將光伏電源作為安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安全措施應(yīng)考慮光伏電源的隔離，現(xiàn)場(chǎng)開工作業(yè)時(shí)告知光伏發(fā)電可能來(lái)電的方向等。

2.5 繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置

分布式光伏接入廠用電系統(tǒng)運(yùn)行，需對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的分布式光伏系統(tǒng)配置相關(guān)的繼電保護(hù)裝置和故障解列等安全裝置。當(dāng)分布式光伏線路本身或分布式光伏所接入的廠用系統(tǒng)發(fā)生故障，所配置的防孤島保護(hù)應(yīng)能可靠動(dòng)作，及時(shí)切除故障點(diǎn)，保證動(dòng)作時(shí)間與廠用快切裝置的時(shí)間配合，從而確保供電質(zhì)量，減少?gòu)S用系統(tǒng)設(shè)備的損壞以及對(duì)于檢修人員的人身威脅。

2.5.1 光伏并網(wǎng)側(cè)需配置安全自動(dòng)裝置

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電壓與頻率質(zhì)量及其控制造成一定影響，光伏并網(wǎng)側(cè)需配置安全自動(dòng)裝置，一般應(yīng)具備低壓解列、低頻解列、過頻解列、過壓解列等基本功能，以及實(shí)現(xiàn)頻率電壓異常緊急控制功能、跳開光伏并網(wǎng)側(cè)斷路器功能等。

2.5.2 加裝防孤島保護(hù)裝置

若光伏發(fā)電容量相對(duì)于負(fù)載比例較小，當(dāng)廠用系統(tǒng)失電后，電壓、頻率會(huì)快速衰減，逆變器可以準(zhǔn)確檢測(cè)出來(lái)。但隨著光伏發(fā)電容量的不斷加大，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中會(huì)有多種類型的并網(wǎng)型逆變器接入同一并網(wǎng)點(diǎn)，導(dǎo)致互相干擾，同時(shí)在出現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)載基本平衡時(shí)，抗孤島檢測(cè)時(shí)間會(huì)明顯增加，甚至可能出現(xiàn)檢測(cè)失敗，故在并網(wǎng)型逆變器具備孤島保護(hù)功能的前提下，仍要求光伏系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)加裝防孤島保護(hù)裝置，這是為了實(shí)現(xiàn)防孤島保護(hù)準(zhǔn)備的二次防護(hù)。

逆變器防孤島保護(hù)與光伏并網(wǎng)點(diǎn)防孤島保護(hù)裝置的動(dòng)作范圍不一樣，逆變器檢測(cè)市電消失后自動(dòng)關(guān)機(jī)退出運(yùn)行，而并網(wǎng)點(diǎn)防孤島保護(hù)裝置動(dòng)作跳開并網(wǎng)開關(guān)。

防孤島保護(hù)裝置作用于光伏電站的小電源并網(wǎng)供電系統(tǒng)，在發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，該保護(hù)裝置可以快速切除并網(wǎng)點(diǎn)，使電站與電網(wǎng)側(cè)快速脫離，從而保證整個(gè)電站的安全以及相關(guān)維護(hù)人員的生命安全。該站采用國(guó)電南瑞NSR659RF-D防孤島保護(hù)裝置，其保護(hù)裝置柜內(nèi)有以下保護(hù)壓板：投裝置檢修壓板、投低壓解列、投低頻解列、投過壓解列、投高頻解列。

2.5.3 廠用電快切裝置增設(shè)聯(lián)跳開關(guān)邏輯

為了消除光伏并網(wǎng)電源對(duì)機(jī)組廠用電系統(tǒng)廠用電快切裝置的影響，在6 kV廠用電快切裝置切換邏輯中，增設(shè)聯(lián)跳光伏并網(wǎng)側(cè)開關(guān)回路，光伏并網(wǎng)側(cè)開關(guān)先跳開作為廠用電備用開關(guān)合閘條件之一。

2.5.4 低電壓穿越保護(hù)

逆變器的低電壓穿越保護(hù)指當(dāng)電力系統(tǒng)事故或擾動(dòng)引起光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，在一定的電壓跌落范圍和時(shí)間間隔內(nèi)，光伏電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行的功能。根據(jù)NB/T 32005—2013《光伏發(fā)電站低電壓穿越監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，低電壓穿越功能適用于35 kV及以下的電壓等級(jí)并網(wǎng)，以及通過10 kV等級(jí)與公共電網(wǎng)連接的新建、擴(kuò)建和改造的光伏發(fā)電站。

低電壓穿越能力需要由逆變器實(shí)現(xiàn)，故并網(wǎng)側(cè)電源開關(guān)就不考慮此功能了。

2.5.5 光伏并網(wǎng)側(cè)開關(guān)保護(hù)裝置

采用國(guó)電南瑞NSR612RF-D線路保護(hù)測(cè)控裝置，保護(hù)壓板有保護(hù)跳閘壓板、投快切跳閘壓板、孤島保護(hù)跳閘壓板(由防孤島保護(hù)裝置1CLP1壓板來(lái)承擔(dān))、投檢修態(tài)壓板、低周減載壓板(不投)、低壓減載壓板(不投)等。

3 日常操作說明

3.1 光伏并網(wǎng)分合閘采用DCS遙控方式

光伏并網(wǎng)開關(guān)分合閘操作采用DCS遙控方式，具體操作由新能源部通知副值長(zhǎng)，副值長(zhǎng)下令當(dāng)班電氣人員執(zhí)行。

3.2 采用3塊開關(guān)柜壓板進(jìn)行投切操作

并網(wǎng)開關(guān)柜壓板投切方式為：“保護(hù)跳閘”“快切聯(lián)跳”“孤島跳閘”共3塊壓板投入，“投檢修壓板”“低周減載”“低壓減載”共3塊壓板解除。

3.3 廠用電切換及母線檢修操作規(guī)定

機(jī)組啟動(dòng)和解列過程中，廠區(qū)光伏系統(tǒng)操作規(guī)定如下。

(1) 機(jī)組啟動(dòng)。機(jī)組正常啟動(dòng)前，光伏并網(wǎng)開關(guān)所在段母線由6 kV備用電源供電。應(yīng)在6 kV廠用電切換前，通知新能源部停用該段母線光伏系統(tǒng)；待廠用電切換至工作電源供電正常、系統(tǒng)穩(wěn)定后，通知新能源部投入該段光伏系統(tǒng)。

(2) 機(jī)組停機(jī)。機(jī)組正常停機(jī)前，光伏并網(wǎng)開關(guān)所在段母線由6 kV工作電源供電。應(yīng)在6 kV廠用電切換前，通知新能源部停用該段母線光伏系統(tǒng)；待廠用電切換至備用電源供電正常、系統(tǒng)穩(wěn)定后，通知新能源部投入該段光伏系統(tǒng)。

(3) 母線檢修。廠用6 kV A (B)段母線需要停運(yùn)檢修，應(yīng)提前通知新能源部將該段母線上所屬?gòu)S區(qū)光伏系統(tǒng)可靠隔離；停用該段母線上6 kV光伏并網(wǎng)開關(guān)，并將其拉至試驗(yàn)位置，驗(yàn)明開關(guān)下樁頭三相無(wú)電后合上接地閘刀。

4 事故及異常處理建議

(1) 當(dāng)機(jī)組或廠用電系統(tǒng)發(fā)生異常需要立即進(jìn)行廠用電切換操作時(shí)，可直接拉開該段光伏并網(wǎng)開關(guān)，匯報(bào)副值長(zhǎng)并通知新能源部對(duì)該段光伏系統(tǒng)進(jìn)行檢查和操作。

(2) 當(dāng)光伏并網(wǎng)開關(guān)運(yùn)行中發(fā)生跳閘時(shí)，不得再次強(qiáng)行合閘，應(yīng)檢查保護(hù)動(dòng)作情況，記錄跳閘時(shí)間，并聯(lián)系新能源部處理。

(3) 當(dāng)機(jī)變保護(hù)動(dòng)作時(shí)，廠用電快切裝置動(dòng)作切換廠用電，應(yīng)檢查光伏并網(wǎng)開關(guān)是否按規(guī)定跳閘；如未跳閘，可直接拉開光伏并網(wǎng)開關(guān)置“禁操”，通知新能源部對(duì)該段廠區(qū)光伏進(jìn)行處理。

(4) 巡檢中發(fā)現(xiàn)光伏并網(wǎng)開關(guān)、計(jì)量柜內(nèi)保護(hù)裝置、分合閘狀態(tài)指示、計(jì)量柜參數(shù)異?；蚱渌惓Ｇ闆r，應(yīng)立即通知新能源部進(jìn)行檢查。