光伏发电系统联络线保护整定计算研究

光伏发电系统联络线保护整定计算研究
摘要：随着光伏发电的迅猛发展，短路电流受限电源并网容量不断增大，以及
电网提出的低电压穿越要求的实施，电网故障特性受新能源发电的影响越来越大，在电网保护配置与整定计算中通常忽略短路电流受限电源的影响的做法已不可取。

本文从光伏发电系统短路电流特性出发，从继电保护配置及整定计算需求的角度，提出了光伏发电系统继电保护整定计算方案。

关键词：光伏发电；联络线；继电保护；整定计算
引言
近年来，以光伏为代表的新能源发电在我国迅猛发展。

光伏发电装备受一次
电源输出约束、电力电子器件短路电流承受能力限制以及电源内部保护等的限制，输出的短路电流通常很小，且其故障电流特性与交流同步发电机有很大区别。

随
着大规模光伏发电系统接入电网，电网故障特性受新能源发电影响越来越大，整
定计算必须考虑其带来的影响，已成为当前亟待解决的重要问题。

1光伏发电系统继电保护整定计算存在问题分析
在光伏发电发展初期，由于其在电网中所占比例较小，它们对所接电网短路
电流水平的影响可以忽略。

但是随着短路电流受限电源并网容量的不断增大，电
网故障特性受新能源发电影响越来越大，主要问题有以下两点：
一是全功率变换型电源机组故障特性依赖于电力电子变换器控制策略，而且
这些变换器具体所采用控制策略随制造厂商不同而不同，且一般也并不公开，这
使得开展研究短路电流特性变得十分困难。

二是全功率变换型电源机组故障特性认知不清，使得电网继电保护相关问题
研究缺乏理论支撑。

在实际电网保护中，通常忽略全功率变换型电源场站的影响，即将全功率变换型电源场站视为负荷处理。

2光伏电源模型及故障特性分析
大量光伏系统的接入使得电网从传统的单电源辐射状网络变成双端或多端电
源网络，从而改变故障电流的大小、方向及持续时间。

为了更好的发挥光伏电源
的积极作用，对光伏电源短路电流输出特性进行简要研究。

（1）基于DigSILENT的含分布式光伏电源的配网仿真
利用DigSILEN仿真工具建立的含分布式光伏电源的配电网接线图如图1所示，并进行三相短路仿真，短路电压、电流波形如图2所示。

短路故障设置在线路L （1）上距AC10kV-1母线85%处。

图3 短路故障电流局部放大图
仿真分析可知，光伏系统最大峰值故障电流约为故障前稳态电流的2~5倍，
持续时间大约为1.1~4.25ms，约为0.1~0.2个周波。

而光伏发电系统能够提供的
短路电流稳态值大约是额定电流的1.2倍，视具体逆变器控制策略而定。

而通常快速保护中从算法启动到发送跳闸指令大概需要20ms，因此，光伏发
电系统提供的峰值故障电流对保护的影响可以忽略，在短路电流计算分析时可以
将光伏系统做适当的简化处理。

（2）基于PSCAD的含分布式光伏电源的配网仿真
利用PSCAD仿真软件搭建了含分布式光伏电源的配网仿真模型，其网络接线图如图4所示。

短路故障设置在母线C上，0.4s发生三相短路，短路时变电站低压侧电压、各断路器流过的单相电流波形如图5、图6所示。

仿真结果表明，在光伏电源下游发生三相短路时，流过其上游线路的故障电流比未接入分布式光伏电源接入时减小，此时保护装置感受到的故障电流变小，灵敏度减小，保护范围将缩小。

对于分布式光伏电源位于其上游，故障点在其下游，分布式光伏电源对故障电流有助增作用，此时下游保护的保护范围会增大、灵敏度增加。

3光伏发电系统联络线保护整定
对于光伏发电汇集联络线，一般要求保护能反应被保护线路的各种故障及异常状态。

一般在汇集母线侧配置线路保护，在逆变器侧不配置线路保护。

对于相间短路，配置阶段式过电流保护，还可以选配阶段式相间距离保护。

中性点经低电阻接地系统，配置反应单相接地短路的两段式零序电流保护，动作于跳闸。

汇集线路一般不采用重合闸。

（一）阶段式过流保护整定计算
（1）过流I段
过流I段定值要能躲过本线路最大负荷电流，按本线路末端相间故障有足够灵敏度整定，时间可取为0s。

1）躲过本线路最大负荷电流。

4 结束语
本文通过对光伏发电系统故障特性的简要仿真分析，得出对继电保护整定计算的影响，提出了光伏发电系统联络线保护的配置原则及相关保护的整定计算方法。