王先鑫

摘要：光伏發(fā)電裝機容量系統(tǒng)占比逐年加大，光伏發(fā)電受天氣影響較大、隨機性較強，給配電網(wǎng)繼電保護配置帶來了新問題。隨著科技水平的提高和理論創(chuàng)新，以及基于方向元件等保護技術(shù)的運用，光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響逐漸降低，運行可靠性不斷提高。

關(guān)鍵詞：分布式光伏電源；配電網(wǎng)；繼電保護；影響研究

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

光伏電源通過配電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，并網(wǎng)后的配電網(wǎng)會發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，造成電網(wǎng)中的潮流分布和短路電流發(fā)生改變，進而影響線路中繼電保護設(shè)備的正常運行。本文研究了光伏電源接入后對線路中繼電保護所產(chǎn)生的影響，進而就提升分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護。

1、分布式光伏發(fā)電與配電網(wǎng)連接

PV系統(tǒng)多分布在農(nóng)村或山區(qū)，我國非城鎮(zhèn)地區(qū)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)大多為單電源輻射狀，UN為10kV或35kV，采用三段式電流保護作為配電網(wǎng)饋電線路保護。PV系統(tǒng)作為獨立電源，分為離網(wǎng)光伏發(fā)電、并網(wǎng)光伏發(fā)電和多能微網(wǎng)發(fā)電3種形式，與配電網(wǎng)的連接如圖1所示。

2、分布式光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響

2.1配電網(wǎng)潮流分布變化

PV系統(tǒng)并入配電網(wǎng)后改變了原放射狀配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將單電源供電網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p電源或多電源供電網(wǎng)絡(luò)。圖2（a）所示的放射狀配電網(wǎng)穩(wěn)定運行時，網(wǎng)絡(luò)潮流分布沿著電源從始端A流向末端B。圖2（b）所示的接入PV系統(tǒng)后，配電網(wǎng)有兩個電源A和B，變?yōu)殡p電源結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)有功和無功的潮流分布點均發(fā)生變化，且隨PV系統(tǒng)投入容量、負(fù)荷性質(zhì)和大小、無功補償裝置投入容量等不同而出現(xiàn)位置不確定的情況。

2.2配電網(wǎng)電壓變化

正常運行時，放射狀配電網(wǎng)的電壓是沿著饋電線路潮流方向逐漸降低的。PV系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，饋電線路上傳輸?shù)墓β蕼p少，而PV系統(tǒng)又支持無功功率的輸出，因此導(dǎo)致一些負(fù)荷節(jié)點的電壓被抬高甚至超標(biāo)。建立了IEEE13節(jié)點的配電網(wǎng)仿真模型，發(fā)現(xiàn)要想有效控制因PV系統(tǒng)接入配電網(wǎng)而抬高的系統(tǒng)節(jié)點電壓，使其能在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)，就必須確定配電網(wǎng)的接納能力，限制PV系統(tǒng)的最大準(zhǔn)入容量。

2.3配電網(wǎng)繼電保護變化

我國放射狀配電網(wǎng)上的故障80%是瞬時性故障，通常采用三段式電流保護無需設(shè)置方向元件即可有效地保護線路全長。PV系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，網(wǎng)絡(luò)潮流方向變復(fù)雜，功率分點不確定性增加，致使原網(wǎng)絡(luò)配置的繼電保護受到影響，具體表現(xiàn)為保護誤動作、重合閘不成功、保護范圍縮小等。深入研究了PV系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的路徑位置和光伏發(fā)電裝機總量對放射狀配電網(wǎng)三段式電流保護選擇性和靈敏性的影響。如圖3所示，在E節(jié)點接入PV系統(tǒng)。當(dāng)f5處出現(xiàn)短路故障后，根據(jù)繼電保護選擇性原理切除故障的是保護裝置R5，流過R5的故障電流分別來自配電網(wǎng)電源和PV系統(tǒng)，較接入PV系統(tǒng)前電流值增大，提高了保護裝置R5的靈敏性。當(dāng)PV系統(tǒng)相鄰的饋電線路AB在f5處發(fā)生故障，流過保護裝置的故障電流包含配電系統(tǒng)電源和PV系統(tǒng)兩部分，提高了保護裝置R1的靈敏度。但是，在此過程中PV系統(tǒng)向保護裝置R3和R4提供反向故障電流，因R3和R4不具備方向性，當(dāng)故障電流達(dá)到整定值后就會出現(xiàn)誤動作的情況。

3、并網(wǎng)保護配置

3.1系統(tǒng)側(cè)保護配置

在設(shè)置故障解決保護配置時，應(yīng)以母線段為基本單元，既有高低壓、高低頻的保護設(shè)施，又有連接斷路器。在電路連接方面需要設(shè)置電流保護設(shè)施，以確保對定向元件進行倒換處理，經(jīng)驗證如果不能防止反向故障則需要將其阻斷。在配電側(cè)保護方面，必須保證三相一次重合閘也能充分發(fā)揮自身的作用。在時間上，必須保證時間小于電站切除的最長周期，具有同步和無電壓檢測功能。這是因為當(dāng)采用非同步封閉處理方式時，會造成嚴(yán)重的危害影響巨大，需要避免此類問題。在節(jié)點位置方面，在斷路器的實際配置中，要按照有關(guān)規(guī)定，做好應(yīng)用適當(dāng)方法的工作，即調(diào)查光伏分布式發(fā)電的容量，然后進行配置處置。斷路器保護應(yīng)能采用常規(guī)線路，在保證重合閘功能的基礎(chǔ)上做好線路的無電壓檢測和處理。

3.2并網(wǎng)斷路器保護

并網(wǎng)斷路器應(yīng)配置過流保護和速斷保護，以及過流保護、定向過流保護和光纖差動保護。同時，必須保證分布式光伏發(fā)電廠能夠快速監(jiān)測島嶼，切斷島嶼與配電網(wǎng)的連接，對于計劃外島嶼應(yīng)保證從島嶼開始到斷開結(jié)束的時間在2秒內(nèi)。同時，對并網(wǎng)斷路器的功能也有要求，即必須具有低周、低壓斷開功能和高周、高壓斷開功能。接入配電網(wǎng)后必須能在電站主變壓器上設(shè)置電流保護和間隙零序電壓。例如，當(dāng)電網(wǎng)并網(wǎng)處理后接入電網(wǎng)，在具體并網(wǎng)方式的應(yīng)用中出現(xiàn)不可逆情況時，必須及時設(shè)置逆功率保護。

4、影響改善措施

一是提高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對于并網(wǎng)光伏發(fā)電廠，我們需要積極改進和優(yōu)化相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。作為一個電力企業(yè)，我們需要能夠充分整合光伏發(fā)電的控制功能、技術(shù)參數(shù)、抗干擾性能和運行特性，從而確定光伏電網(wǎng)接入的數(shù)量、規(guī)模和接線結(jié)構(gòu)，科學(xué)設(shè)置無功功率配置、電壓等級和電能質(zhì)量，以保證電站并網(wǎng)運行有依據(jù)。對于光伏發(fā)電廠來說，需要能夠積極改進無功補償裝置、無功發(fā)電機和調(diào)壓設(shè)備，加強分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在運行中的標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化，盡量減少并網(wǎng)對運行的影響；二是加強并網(wǎng)檢測。光伏發(fā)電廠正式進入電網(wǎng)后，電力企業(yè)需要能夠充分接觸相關(guān)文件和標(biāo)準(zhǔn)，做好電網(wǎng)安全檢測工作，即根據(jù)電網(wǎng)接入安全規(guī)定做好光伏發(fā)電廠故障排查和電力檢查處理工作。在具體工作中作為一個電力企業(yè)，必須能夠重點檢測光伏發(fā)電廠的電網(wǎng)適應(yīng)性、有功功率輸出特性、電能質(zhì)量、低壓交叉和SVC性能等主要性能，加強對電站接入設(shè)備的評價和驗收，與配電網(wǎng)技術(shù)要求有關(guān)。具體來說，應(yīng)加強光功率預(yù)測系統(tǒng)的建設(shè)和預(yù)測能力、全站網(wǎng)相關(guān)保護定值與低壓穿越能力的邏輯關(guān)系等方面的評價實驗；第三，應(yīng)加強無功補償?shù)难芯俊８鶕?jù)我國新的規(guī)定，對光伏發(fā)電廠來說，有必要做好無功補償性能的研究，特別是對大型光伏發(fā)電廠來說，有必要具備無功補償能力。首先，需要對無功設(shè)備和AVC的容量進行綜合研究，使電站在并網(wǎng)處理后與配電網(wǎng)形成統(tǒng)一的無功控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)反應(yīng)堆和電容器的控制。第二，要有效利用配電網(wǎng)光伏發(fā)電廠的無功功率分配能力，即加強與相關(guān)設(shè)備制造商和科研單位的研究，充分挖掘光伏發(fā)電的無功調(diào)節(jié)能力，以及在保證配電網(wǎng)區(qū)域電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，進一步提高輸配電系統(tǒng)的質(zhì)量。

結(jié)束語

近年來，隨著能源和環(huán)境問題的突出，分布式發(fā)電的發(fā)展越來越迅速，裝機容量也在快速增長，在電網(wǎng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。如果不改變其控制方式，將對電力系統(tǒng)產(chǎn)生不可估量的影響。分布式光伏電源的引入對配電網(wǎng)產(chǎn)生了諸多影響，包括分布式電源的并網(wǎng)、電壓調(diào)整、諧波問題和繼電保護等。因此，本文主要討論了光伏電源對繼電保護的影響。

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（作者單位：國網(wǎng)山東省電力公司海陽市供電公司）