陽 康

光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線重合閘配合方式研究

陽 康

針對光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線發(fā)生故障時光伏電站側保護重合閘很少動作成功這一問題，本文根據(jù)光伏電站的控制方式和孤島效應，分析了光伏電站側保護重合閘采用“檢同期”方式難以動作成功的原因，以此提出了一種光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線重合閘配合方式，該方式對提高光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線的供電可靠性具有重要意義。

根據(jù)DL/T 584-95《3 kV～110 kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)程》，對于雙側電源線路的重合閘配合方式，原則上大電源側采用“檢線路無壓”的方式，小電源側采用“檢同期”方式，這種配合方式可以防止對小電源造成非同期沖擊，在現(xiàn)場得到廣泛應用。當光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線采用該方式時，光伏電站側重合閘卻往往難以成功。針對該問題，根據(jù)光伏電站的控制方式和孤島效應，對光伏電站側重合閘采用“檢同期”方式難以動作成功的原因進行分析，以此提出光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線重合閘的配合方式，以保障光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線供電可靠性。

基本理論

光伏電池的最大功率跟蹤

光伏電池的利用率不僅與光伏電池的內(nèi)部特性有關，還與輻照度、溫度和負載等外部因素有關。圖1為輻照度不同（溫度相同）條件下光伏電池P-U特性圖，該圖呈現(xiàn)出典型的類拋物線特征，溫度不相同（輻照度相同）條件下光伏電池P-U特性圖也呈現(xiàn)出類似特征，由此可知光伏電池可運行在不同且唯一的最大功率點上。為了盡可能的提高光伏電池的利用率，需實時地跟蹤光伏電池的最大功率點，具體可以采用擾動觀測法和電導增量法等方法實現(xiàn)，其中擾動觀測法思想相對簡單，容易理解：首先擾動光伏電池的輸出電壓，然后觀測光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢連續(xù)改變擾動電壓方向，使光伏電池最終工作于最大功率點。

光伏電站的孤島效應

圖2是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率流圖，該光伏發(fā)電系統(tǒng)通過變壓器和聯(lián)絡線并入電網(wǎng)，P、Q為光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功和無功，PLoad、QLoad為負載需求的有功和無功，ΔP、ΔQ為電網(wǎng)向負載提供的有功和無功。

根據(jù)能量守恒定律，PCC（Point of Common Coupling）處的功率符合如下規(guī)律：

當電網(wǎng)斷開時，光伏發(fā)電系統(tǒng)與負荷有功功率、無功功率不平衡將導致系統(tǒng)電壓和頻率的變化。將系統(tǒng)負載等效為并聯(lián)RLC負載，則系統(tǒng)頻率和電壓將按照如下規(guī)律變化。

圖1　輻照度不同（溫度相同）條件下P－U特性圖

圖2　并網(wǎng)光伏電站的功率流圖

原因分析及配合方式

實際運行的光伏電站，其逆變器往往配備被動式反孤島保護功能，即過/欠電壓、過/欠頻率反孤島保護。另外，光伏電站的控制方式與常規(guī)能源有較大的差異，一般有功功率采用最大功率跟蹤控制，無功功率采用單位功率因數(shù)控制。當光伏電站采用這種控制方式，孤島運行時光伏電站和負荷很難保持有功、無功平衡，絕大多數(shù)情況下孤島保護會動作，具體如下：

（1）無功功率不平衡。根據(jù)式（2），無功差額將使系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移，當頻率超出允許范圍時，光伏電站過/欠頻率反孤島保護將動作；

（2）有功功率不平衡。根據(jù)式（3），有功差額將使系統(tǒng)電壓發(fā)生偏移，當電壓超出允許范圍時，光伏電站過/欠電壓反孤島保護將動作。

因此，光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線發(fā)生瞬時性故障，兩側開關跳閘后，光伏電站由于過/欠電壓、過/欠頻率孤島保護退出運行的概率很高，由于背側電源退網(wǎng)運行，光伏電站側重合閘“檢同期”不會成功，重合閘也不會成功。

綜上所述，當光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線發(fā)生瞬時性故障時，從故障發(fā)生到光伏電站側重合閘動作前，光伏電站退網(wǎng)運行的概率遠大于并網(wǎng)運行的概率，因此聯(lián)絡線重合閘配合方式應按照光伏電站退網(wǎng)運行的情況來考慮，并確保孤島現(xiàn)象發(fā)生時不會對光伏電站造成非同期沖擊，應采取的重合閘配合方式如下。

（1）對于采用單回聯(lián)絡線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢母線無壓線路有壓”。當發(fā)生瞬時性故障聯(lián)絡線兩側開關跳閘后，系統(tǒng)側檢測“線路無壓”而重合成功，光伏電站側檢測到聯(lián)絡線恢復送電“線路有壓”，而背側檢測到光伏電站退出運行“母線無壓”也將重合成功。

（2）對于采用雙回聯(lián)絡線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢同期轉檢母線無壓線路有壓”。當發(fā)生瞬時性故障聯(lián)絡線兩側開關跳閘后，另外一條線路仍然并網(wǎng)運行，光伏電站側檢測“同期”能重合成功；當另外一條聯(lián)絡線退網(wǎng)運行，類似單回聯(lián)絡線重合閘可以采用“檢母線無壓線路有壓”的方式。

當光伏電站發(fā)生概率極低的孤島運行時，光伏電站側檢測到光伏電站仍并網(wǎng)運行“母線有壓”重合閘將不會動作，重合閘過程中不會對光伏電站造成非同期沖擊。

本文根據(jù)光伏電站的控制方式和孤島效應，分析了光伏電站側保護重合閘采用“檢同期”方式難以動作成功的原因，在此基礎上提出了一種光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡線重合閘的配合方式：對于采用單回聯(lián)絡線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢母線無壓線路有壓”；對于采用雙回聯(lián)絡線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢同期轉檢母線無壓線路有壓”。實際運行效果表明，采用該方式可以提高供電可靠性。

結語

陽 康

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10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.006