浙江智联电力设计有限公司浙江丽水323000
摘要：分布式电源以其高效、经济、清洁等特点越来越广泛的存在于电网运行中，其接入是实现智能电网的必然趋势。本文以10KV及以下电压等级接入电网的分布式电源为例，选取分布式光伏发电接入系统和分布式燃机发电接入系统分别进行阐述，提出防孤岛保护、逆功率保护等一系列保护在实践工程中的运用。对于解决当前分布式电源项目建设存在的问题，实现可再生能源建设与电网建设的协调、可持续发展具有重要意义。
关键词：分布式电源；防孤岛保护；逆功率保护
能源是国民经济发展的基础，我国是能源大国，其中太阳能资源总储量约为1.47X108亿kWh/年。然而我国的能源资源分布又是极不均匀的，资源利用在西部地区较为集中，中东部地区较为分散，因此要充分利用可再生能源，分布式发电就成为能源利用的重要形式之一。根据国家能源发展规划，加快转变能源发展方式，规划能源新技术的研发和应用，解决有限能源和资源的约束，着力提高能源开发、转化和利用的效率，充分利用可再生能源，推动能源生产和利用方式的变革。分布式发电将成为未来发展的重点，深入研究分布式发电具有重要意义。
1.分布式电源
分布式电源主要包括太阳能发电、风力发电、资源综合利用、天然气发电等多种形式。其具有资源分散、项目容量较小、用户类型多样等特点，可以灵活分布于用户所在场地或附近建设安装，运行方式多以用户“自发自用、余电上网”为主。虽然分布式电源大大减少了输配电网远距离传输，但其对主网电能质量的影响也是不可忽略的，所以系统的设计有助于分布式电源与主网并网的安全可靠运行。
2.分布式光伏发电接入系统
近年来，太阳能光伏发电以其清洁、源源不断、安全等显著优势，得到了国家政策方面的大力扶持。特别是针对开发区一些生厂企业而言，出资建设屋顶光伏电站不仅解决了部分企业用电量大的情况，而且也给企业带来了一定的经济效益。以某公司800kWp分布式太阳能光伏发电项目为例：
该项目单从并网装机容量800kWp来看，处在0.4~6MW这个范围，采用10KV电压等级接入，光伏电站可通过800KVA升压变升压至10KV电压等级并入公共电网。但是通过实地勘查及分析：该项目厂区原有两台专变，两台专变装机容量分别为1000KVA和630KVA。我们可以把光伏电站800kWp装机容量分解为两个400kWp发电单元，经两台并网计量柜分别接入厂区两台专变低压侧，同样符合单个并网点容量在20~400KW范围，可通过0.4KV电压等级经用户变电站低压母线实现并入公共电网的要求。这样接入的意义是不仅能实现光伏电站所发电量用户可以自发自用、余电上网，而且可以大大节约用户前期并网设备的投资。
2.1防孤岛保护
光伏逆变器作为光伏电站的转换设备，其作用是将光伏组件所发的直流电转变成正弦交流电。在正常发电时，光伏电站向电网输送有功功率，但是一旦电网失压时，光伏电站可能还在持续工作，并和本地负载处于独立运行状态，这就是我们电力部门目前阶段所担心的孤岛效应。目前逆变器自身是带有防孤岛保护功能，也就是说当检测到外部电压不正常时或频率不正常时，逆变器立即停止光伏电站工作，不再逆变电流向电网送电。然而当电力检修人员在维护与分布式光伏发电相关线路或设备时，一旦逆变器防孤岛保护失效，使得分布式光伏发电系统进入非计划孤岛运行状态，这将给电力检修人员带来极大的安全隐患。所以，还应在光伏并网柜中装设反孤岛保护装置来跳开并网点断路器，以实现防孤岛的双重保护，也就是主动保护和被动保护相结合。反孤岛装置通过投入电阻扰动负载，触发并网逆变器欠压保护动作，破坏分布式光伏发电系统的非计划孤岛运行状态，保障系统设备和人员安全。
2.2逆功率保护
分布式光伏电站通过用户变压器低压侧接入，多为采用“自发自用、余电上网”运行模式。当企业专变用户出现生产不景气或企业春节放长假的情况时，用户会向供电部门申请要求变压器暂停以减少基本电费支出，根据供电营业的相关规定：“必须全部用电变压器停止运行（含不通过受电变压器的高压电动机），并对暂停设备加封”。从而出现光伏发电受用户变压器等供电设施暂停使用的制约，使得分布式光伏发电多余电量无法正常上网的情况。针对这一问题，我们可以采取在企业用户高压10KV侧，将高压出线开关柜中加装一套逆功率保护装置，用以解决用户变压器报停时光伏电站所发电量仍可继续上网的需求，允许报停变压器在加装逆功率保护后仍可作为升压变继续运行。
企业正常情况下，安装在10kV出线开关柜中的逆功率保护退出运行，当企业出现配电变压器报停时逆功率保护投入，变压器不予加封允许继续使用。如果高压侧出现系统功率方向由高压指向变压器时，逆功率保护动作，光伏电站不允许向公共电网送电，这种措施另一方面也为企业规范用电设置保护屏障。
3.分布式燃机发电接入系统
目前，我国的餐厨废弃物在绝大多数城市存在管理无序、任意处置等问题。为了加快餐厨废弃物资源化综合利用，遵循减量化、资源化、无害化的原则，做到餐厨废弃物规范弃置，推进收集、运输和处置一体化处理，某市餐厨废弃物处置中心1MWp沼气发电并网项目应运而生了。该项目采用“自发自用，余电上网”模式，将餐厨垃圾综合处理产生的沼气，经净化处理后进入沼气发电机组做功发电。沼气发电机组装机容量为2X500KW。
方案设计过程中考虑单台发电机实际运行中输出功率基本为80%的额定功率，也就是400kWp的发电容量，所以近期并网采取0.4KV电压等级，两台发电机组分别经两台并网计量柜接入用户1250KVA专变低压母线侧。两台机组直接接于低压侧母线，单个并网点的容量已经超出规范允许的容量范围，因此单独选择两个低压出线回路，将两台机组分别经两个低压出线回路开关下端头接入，近似于接入两台终端配电箱，从而实现两点并网。同时选择的两个出线回路开关必须具备可靠开断沼气发电机组的能力。远期沼气发电机组增加，就必须采用10KV电压等级接入，即燃机电站通过相应容量升压变升压至10KV电压等级并入公共电网。
燃机并网柜内并网断路器采用具备开断故障电流能力的低压并网专用开关，具备短路瞬时、长延时保护功能和分励脱扣、欠压脱扣功能，且具备反映故障及运行状态的辅助接点，为以后实现微网运行提供条件。防孤岛检测装置检测到电网失电后，利用燃机并网柜并网专用断路器立即断开燃机电站与电网的连接，以确保电网失电时燃机电站不会向电网倒送电。故障解列装置当检测到电网高周、高压、低周、低压时，利用燃机并网柜并网专用断路器立即断开燃机电站与电网的连接。微机智能准同期控制器监测到并列开关两侧电压、频率、相位、相序满足电网要求时方可并网。这一系列的安全保护措施是设计并网柜中必不可少的重要环节。
4.结语
综上所述，分布式发电以其原料广泛、形式灵活等特点，越来越成为新兴的实用性技术，发展速度十分迅猛。我们电力设计应当直面这一社会趋势，认真学习理论规范，合理运用工程技术，实现可再生能源建设与电网建设的协调、可持续发展，保障分布式电源接入电网运行安全，促进分布式电源与电网发展的和谐统一。
参考文献：
(1)《分布式电源接入系统典型设计》国家电网公司颁布
(2)《光伏发电站接入系统设计规范》GB/T50866-2013
(3)《工业与民用供配电设计手册》中国航空规划设计研究总院有限公司组编
作者简介：莫颖哲，女，浙江丽水人，工程师，毕业于上海电力学院电气工程及其自动化本科专业，现就职于浙江智联电力设计有限公司，研究方向：电力设计。