论述光伏发电接入对配网继电保护的影响

论述光伏发电接入对配网继电保护的影响

发表时间：2016-10-12T14:25:08.153Z 来源：《电力设备》2016年第14期作者：段炜

[导读] 全世界范围内都在大力发展光伏发电技术，发展迅猛。

（国网宁夏电力公司吴忠供电公司宁夏吴忠 751100）

摘要：全世界范围内都在大力发展光伏发电技术，发展迅猛。光伏发电系统中多分布式光伏电源并网成为发展潮流时，并网配电网引起的继电保护问题也就越来越多，对配电网保护的影响也就越来越严重，这带来的问题和挑战值得电力工作者重新审视光伏并网问题。高容量大规模的光伏发电电源涉网后必定会影响潮流分布，改变配电网的网络结构，而原有配电网的继电保护问题是基于单电源辐射型结构的保护进行整定，可见，光伏发电涉网保护问题是电网规划及运行维护人员需要重大考虑的一大问题，值得科技工作者进行相关的研究。

关键词：光伏发电；配网；继电保护；影响

随着光伏发电系统的日益成熟且成本越来越低，光伏系统并网成为利用这一资源的最好方式。然而，光伏发电有其自己的特点，光伏发电系统的并网，使配电系统从单系统放射状网络变为分布有中小型系统的有源网络，改变系统的潮流分布，进而影响配电网继电保护的合理性，对配电系统的继电保护造成一定的影响。

一、光伏发电的优点

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。它具有常规火力发电系统所不具备的优势：①无枯竭危险、安全可靠、无噪声、无污染排放。②不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面。③无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电。④能源质量高，对实现节能减排、可持续发展有重要意义。⑤建设周期短，获取能源花费的时间短。同时微电网接入采用了电力电子技术实现的“柔性”接入，其电源特征与常规的“旋转”发电机发电接入不同，从而对常规的配电网继电保护带来影响。

二、光伏并网发电系统

2.1光伏发电原理

光伏发电即利用光伏电池阵列将太阳能转换成直流电，再通过直流/交流（DC/AC）并网逆变器将直流电逆变成50Hz、220/380V的交流电，或者升为更高的电压并入电网。光伏并网发电系统的模型主要由太阳能光伏阵列、并网逆变器、计量装置及配电系统组成，光伏发电系统结构如图1所示。逆变装置可以分为单级式逆变和多级式逆变，多级式逆变便于实现最大功率跟踪控制和直流电压的控制，但是电力电子器件数目的增多使得结构变的复杂，同时增加了电能损耗，接入时对电网产生一定的影响。

2.2并网光伏发电特点

对于并网型光伏系统，在向当地负荷提供电能和向电网输送电能时，由于太阳光照受四季、昼夜等气象条件的影响，造成输出功率的波动，此外电力电子设备的使用对电网的谐波也产生一定的影响。当并网容量较大时，光伏系统对电网的影响尤其突出。为了使电网能够安全稳定经济地运行，光伏系统发出的电能质量应在谐波、电压、频率等方面满足国家相关标准。

三、配电网的保护配置

目前我国的中低压配电网的电流、功率的方向是恒定的，因此其保护配置也是基于其电源系统设计的。为了简化保护配置，对于不用于其他线路连接，直接向终端用户供电的线路，一般采用瞬时电流速断保护加定时限过电流保护，对于不用直接向终端用户供电的线路，采用三段式电流保护与其他保护相配合。瞬时电流速断保护按线路是否足够灵敏度的原则，整定以保护全线。对于非全电缆线路，配置三相一次重合闸，以保证在其发生瞬时故障时，快速恢复供电。

四、光伏发电接入对配电网继电保护的影响

4.1光伏发电并网对电流保护和重合闸的影响

三相短路的故障一般最为严重，此情况对配电网的影响也更大，故分析系统涉网严重情况，在系统最大运行方式下发生三相短路时的情况来定义并网系统的保护安全界限。光伏发电涉网保护问题除了针对电流保护之外，配置有重合闸前加速和后加速以及保护电流的电配网，也由此产生自动重合闸问题，当光伏系统发电电源与并网系统电源之间联接线发生故障导致保护动作后，在自动重合闸重合之前，并网电网仍然与光伏电源联络在一起，光伏电源没有解列，光伏电源就会继续加大故障点的故障电流，因为其继续向故障点供电，并且会导致电弧无法熄灭，并且重合闸重合会使故障点电弧阶跃重燃，甚至无法熄灭，使临时性故障转变成永久性故障，造成巨大损失。退一步讲，发生非同期合闸的可能性还是有的，原因是重合闸动作前的这段时间即使故障点没有使介质绝缘彻底损坏，也可能会对配网和光伏电源造成破坏和冲击，因为光伏发电系统和电网并网并未解列。

4.2光伏发电并网对熔断器重合器及分段器的影响

广泛应用于配电系统、控制系统和用电设备中的熔断器是一种具有结构简单、成本低和操作方便等优点的电流保护器。反时限特性的熔断器电流大则熔断时间短，电流小则熔断时间长。经常采用应用于馈线自动化重合器和分段器配合的方案中。能并在整定时间内动作检测故障电流跳闸。常使用在配电网自动化中的智能化开关设备之一重合器具有控制和保护功能。

为防止事故扩大，通常第一、二次被整定为快速分闸，可以被预先整定重合器的动作程序指分闸动作快速，以消除瞬时故障。重合器后面几次动作都带有时限，以便和分段器进行配合。分段器开关设备在失压或无电流情况下是可以自动分闸的。有电压——时间式、过电

流脉冲计数型这两大类。它在配电网中用于隔离线路区段。

五、光伏电站接入系统运行的几点策略

5.1110kV主变压器中性点间隙联切光伏电站并网线路

目前，大电流接地系统普遍采用分级绝缘的变压器。为防止故障过程中所产生的过电压而破坏变压器的绝缘，应配置中性点直接接地的零序电流保护和中性点不接地的间隙保护。当变电站的110kV母线、线路发生接地短路时，若故障元件的保护拒动，经间隙接地的变压器中性点的电位将升至相电压，分级绝缘变压器的绝缘会遭到破坏，中性点间隙接地保护的任务就是在中性点电压升高至危及中性点绝缘之前，第1时限切除电源线路，第2时限切除主变压器，以保证变压器的绝缘不受破坏。

5.2采用局部式光纤差动保护

鉴于普通微机保护受分布式光伏电站并网影响较大，在条件允许的情况下，建议采用局部式光纤差动保护，这样，既不用考虑光伏发电受阳光因素的限制，也不用考虑助增电流导致保护灵敏度降低等一系列问题，可以保证配电网的继电保护稳定运行。

5.3加装安全自动装置

由于受光伏电站并网附近的电网架构影响，光伏电站的并网方式不尽相同，各有特点，应根据其特点加装相应的安全自动装置。加装原则是：在紧急情况下，应将光伏电站从系统中切除，保留原有系统，为保证电力系统安全稳定运行，构建二次系统完备防御的3道防线。

结语

总之，由于当今能源匮乏，光伏发电作为新兴的发电形式，得到了快速的发展。而含有光伏电源配电网的保护方案也越来越被重视。本文就光伏电源并网对配电网保护产生的影响进行了理论分析和仿真验证，提出了相应方案和改进措施，有助于光伏发电并网的普及和配电系统的安全可靠运行虽然目前相关的保护方案已处于较成熟阶段，但相信随着对此问题的继续深入以及保护技术的发展，有关光伏发电并网的保护将更合理、更完整。参考文献

[1]李斌，袁越.光伏并网发电对保护及重合闸的影响与对策[J].电力自动化设备，2013.

[2]舒逸石，管霄，赵炜.分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].华电技术，2013.

[3]慕锟.光伏电站并网对配电网继电保护的影响分析[J].科技视界，2015. 作者简介段炜（1986.09-），女，宁夏吴忠人，成都电子科技大学，助理工程师，单位：国网宁夏电力公司吴忠供电公司，研究方向：电力系统及其自动化