火电厂分布式光伏接入厂用电系统电气设计

火电厂分布式光伏接入厂用电系统电气
设计
单位省市：河北石家庄
单位邮编：050000
摘 要：随着分布光伏的接入，配网将由初始的单电源辐射转变成多电源互联，若配电发生短路故障，相关电流及电压均会给继电保护造成极大影响。

鉴于此，该文以接入分布电源的配电网为研究对象，首先介绍了什么是分布光伏发电，其次通过建模的方式，对光伏特点进行了介绍，同时对继电保护装置进行了分析，再次深入剖析了接入分布光伏给配电网所造成的影响，最后结合配网要求和分布
光伏的特点，提出了切实可行的解决对策，希望能充分发挥分布光伏的优势。

关键词：配电网；分布式光伏；继电保护
随着社会经济发展，发电给环境所造成影响变得更加直观，为实现持续发展
目标，政府提出应大力开发并运用清洁能源，包括光伏发电、风电在内的很多新
技术均因此而得到了大范围推广，此举可在一定程度上缓解能源紧张的局面。

为
实现控制能耗和节约资本的目标，相关人员指出应在配电网中接入分布光伏，希
望能够使配网的可靠性、灵活性得到提升。

1光伏特点
光伏输出往往具有极强的非线性特点，同时和光照强度密切相关，如果存在
部分遮蔽的情况，输出特点将变得更加复杂[2]。

研究表明，在外界温度维持在35℃、光照强度变化处于100W/m2~1000W/m2时，光伏输出所对应功率最大点相
同[3]。

研究表明，无论处在何种情况下，光伏均有功率最大点存在，但在光照
强度相同的前提下功率最大点仅有一个，如果对其进行部分遮蔽处理，则会获得
多个功率最大点。

基于功率最大点所衍生出跟踪策略，可使光伏输出电能得到显
著提升。

现阶段，该策略已得到了十分广泛的运用。

2分布式光伏电站对继电保护的影响
（1）若分布式光伏电站接在保护R上游（见图2），故障发生在保护的下游，由于光伏电站的出力，故障点电流增大，流过保护R的故障电流也增大，导致保
护范围扩大，对于电流速断保护而言，保护范围将延伸至相邻下一级线路，从而
失去选择性。

若故障发生在保护的上游，则光伏电站的接入对故障电流没有影响。

图2分布式光伏电站接在保护上游
（2）当分布式光伏电站接在保护下游，在接入分布式光伏电站后发生故障
的情况如图3所示
图3分布式光伏电站接在保护下游
故障发生在保护的下游，将产生逆流现象，若光伏电站提供的短路电流使得
保护动作，保护将失去选择性；故障发生在两者之间，分布式电源对保护没有影响；故障发生在光伏电站下游，光伏电站的分流作用，使得流过保护R的故障电
流减小，当分流足够大时，将导致保护的灵敏度和范围减小。

（3）重合闸可显著提高供电可靠性
配电网的80％~90％故障是瞬时性的，在辐射式配电网结构下，重合闸动作不会对系统造成冲击或破坏。

当分布式光伏电站接入配电线路后，如果线路因故障跳闸，分布式光伏电站可能形成孤岛运行且不脱网，这将造成非同期重合闸或重合闸失败、故障点电弧重燃重合器及分断器、熔断器配合不协调[5]。

3分布式光伏电站接入系统后的继电保护配置
不同的接入系统方式对保护配置的要求有所不同。

本文针对西安地区常见的3种典型10kV接入系统方式，提出相应的继电保护配置方案。

3.1分布式光伏电站经专线接入配电网
光伏电站以一路专线接入变电站10kV母线，一次系统接线示意图如图4所示。

图4光伏电站专线接入一次系统示意图
3.1.1线路保护
为快速切除线路故障，光伏电站送出线路两侧配置光差保护作为主保护，阶段式过流保护为后备保护，过流保护均指向线路。

如果送出线路为电缆线路，则线路重合闸退出运行；若线路为架空线路，则需在线路两侧装设电压互感器，以满足线路重合闸的需要。

3.1.2防孤岛保护
孤岛是指电网因故中断供电时，分布式光伏电站与负荷形成的一个自供给电力系统。

并网光伏逆变器形成持续孤岛运行的条件有2个：逆变器系统与电网脱离；逆变器输出功率与本地负载匹配。

为了防止孤岛效应，减少对用户供电质量的影响，光伏电站接入时必须考虑防孤岛保护。

一般情况下，光伏电站配置的逆
变器本身需配置防孤岛保护，并要求在2s内切除孤岛，发出警告信息。

为防止逆变器防孤岛保护失灵，采用以下措施增强保护：一是在专线两侧各配置一套故障解列装置；二是增加联跳功能，实现110kV线路保护联跳光伏进线开关。

3.1.3主变压器保护
110kV变电站主变压器一般为半绝缘设计，在主变压器低压侧增加光伏电源后，为保证主变压器绝缘水平，需完善主变压器中性点保护，以避免在发生单相接地时，主变压器中性点绝缘击穿，损坏变压器。

若主变压器中性点已装设成套保护，则无需新增保护。

3.1.4备自投装置
光伏电站接入变电站后，备自投装置动作时间须避开光伏电站防孤岛检测动作时间。

3.2分布式光伏电站
T形接入配电网分布式光伏电站通过一回线路T形接入公共电网10kV线路。

分布式光伏电站T形接入一次系统示意图如图5所示。

图5分布式光伏电站T形接入一次系统示意图
在变电站10kV馈线断路器处应配置三段式过流保护，同时在光伏电站侧也配置三段式过流保护，作为T形线路及光伏电站高压母线的后备保护。

对于架空线路，变电站侧应装设线路电压互感器，采用检无压方式重合。

线路重合闸时间应避开光伏电站防孤岛检测动作时间。

光伏电站的逆变器应同时具备主动和被动防孤岛保护。

为防止逆变器防孤岛保护失灵，在光伏电站侧加装故障解列装置。

主变压器保护、备自投同专线接入方案。

3.3分布式光伏电站接入配电室
分布式光伏电站以一回线路接入10kV配电室，其一次接入系统示意图见图
6[6]，若图中2DL为熔丝类设备，应更换为断路器。

图6分布式光伏电站接入配电室接入示意图
为快速切除线路故障，开关站与变电站联络线（1DL与6DL之间）、光伏送
出线路（2DL与3DL之间）两侧配置光差保护作为主保护，阶段式过流保护为后
备保护，过流保护均指向线路。

光伏送出线路应采用检无压重合方式，线路重合
闸时间应避开光伏电站防孤岛检测动作时间及故障解列装置动作时间[7-11]。

光
伏电站的逆变器应具备主动和被动防孤岛保护。

为防止逆变器防孤岛保护失灵，
开关站与变电站联络线光差动作时联跳2DL。

同时可在2DL处增加故障解列装置。

主变压器保护配置同专线接入方案。

4案例分析
西安地区某9.8MW分布式光伏发电项目在约12万平方米的厂房建筑屋顶安
装光伏组件。

该项目拟采用265W多晶电池组件，装机容量共计9.84104MW，采用1000kVA、1250kVA两种变压器升压至10kV后送出。

送出线路采用400mm2电缆接
入110kV农场变电站，线路长1.5km。

4.1保护配置该项目属于光伏电站经专线
接入配电网，其保护配置如图7所示。

图7保护配置图
4.2保护定值
光伏线路选配ISA353G型线路保护装置，经系统计算，保护定值整定如表1所示。

该工程中光差保护为主保护，两段过流保护作为后备保护，可以满足保护灵敏度需要；光伏电站侧光伏逆变器防孤岛保护时限定值为0.5s；农场变电站侧10kV备自投装置自投动作时限为4.5s。

由于110kV线路联切及逆变器防孤岛保护，备自投装置可以避开系统防孤岛动作时间。

表1线路保护装置保护定值
5结语
随着分布式光伏发电技术的发展，国家政策的积极扶持，西安地区光伏电站接入数量和容量将会逐步增大，对电网运维的影响将越来越深远。

分析分布式光伏接入对系统继电保护的影响，研究继电保护典型配置，不仅有益于积累光伏并网运维管理方面的经验，而且对提高电网企业新能源消纳能力具有十分重要的意义。

参考文献：[1]国家电网公司.分布式电源接入系统典型设计[Z].北京：国家
电网公司，2013.[2]王浩，沈倩，李晓琦，等.分布式电源并网后保护配置与管
理探讨[J].山东电力技术，2015，42（9）：42-45.[3]赵杰，王硕，杨玉周，等.并网型光伏电站工作原理及其一二次设备配置原则[J].东北电力技术，2015（6）：27-30.[4]李一石，段俊东，王森.分布式光伏电源接入配网的保护应用
研究[J].华北电力技术，2014（8）：28-32.[5]郭楠，白丽娜.光伏电源接入对
继电保护及重合闸的影响与建议[J].电力系统及其自动化学报，2016，28（12）：138-140.。