淺談光伏電源接入配電網(wǎng)對饋線繼電保護的影響

【摘要】光伏電源是分布式電源的一種，現(xiàn)如今已經(jīng)越來越成為了最為重要的電力電源形式。一些大規(guī)模的光伏電站接入到了配電網(wǎng)中，導(dǎo)致原先的單端配電網(wǎng)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殡p端甚至是多端的供電性網(wǎng)絡(luò)，這會引起配電網(wǎng)中的潮流分布出現(xiàn)一定的變化，當(dāng)出現(xiàn)短路故障的時候，會發(fā)生繼電保護的誤動和拒動，從而對配電網(wǎng)的安全運行造成很大的影響。本文通過對光伏電源在接入配電網(wǎng)對饋線繼電保護帶來的影響展開了一定的分析和探討，提出相應(yīng)的解決方案，希望對相關(guān)部門能夠有所幫助。

【關(guān)鍵詞】光伏電源；繼電網(wǎng)；饋線繼電保護；重合閘

隨著以化石原料為主體的傳統(tǒng)能源體系面臨著前所未有的危機，現(xiàn)在社會逐漸在發(fā)展以可再生能源為主體的新型能源，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的能源。

國際能源署已經(jīng)發(fā)布了2013世界能源年度展望報告，報告中預(yù)測到2035年，世界新增發(fā)電量的近一半都是可再生能源，風(fēng)能和太陽能光伏電將占到可再生能源比重的45%。國際能源署預(yù)計到在亞洲，日本和韓國之外的國家將占到2013年到2035年主要能源需求增長的65%，中國的需求將在2035年超過美國和歐盟的總和。

可再生能源包括太陽能、水力、風(fēng)力、生物質(zhì)能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等，它們在自然界可以循環(huán)再生。將可再生能源轉(zhuǎn)化為電能是我國智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分。

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。優(yōu)點是較少受地域限制，具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電及建設(shè)同期短的優(yōu)點。

不論是獨立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板，組件、控制器和逆變器三大部分電子元器件構(gòu)成，不涉及機械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護簡便理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。

目前，光伏發(fā)電產(chǎn)品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區(qū)居民生活生產(chǎn)提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產(chǎn)品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網(wǎng)發(fā)電，這在我國已經(jīng)大面積推廣實施。

1.光伏能源的發(fā)展分析

70年代開始，太陽能逐漸在社會中得到了廣泛的應(yīng)用。到了80年代，盡管世界的經(jīng)濟都在下滑，但光伏技術(shù)并沒有因此而減慢腳步，而是依舊以遞增趨勢發(fā)展著。90年代后期，世界上都意識到了太陽能的重要性，太陽能電池達到了供不應(yīng)求的狀態(tài)，導(dǎo)致發(fā)展更加迅速。現(xiàn)如今，我們?nèi)粘Ｉ钜呀?jīng)完全離不開太陽能了。照明、鐵路交通、廣播電視、郵電通信、軍事國防、農(nóng)業(yè)牧業(yè)等等各個領(lǐng)域，都需要太陽能的幫忙。隨著制作光伏電源的成本越來越低，它也逐漸應(yīng)用于更大更高難度的的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，例如電動車充電系統(tǒng)、光電制氫和海水淡化等等。太陽能也有著更大的發(fā)展目標(biāo)，希望能夠建造更多更大的補電站，為世界各地隨時隨地提供源源不斷的電能。

國家能源局對光伏發(fā)電實行年度規(guī)模管理，根據(jù)其的預(yù)計，2013年新增裝機約10GW。到2013年底，中國累計光伏裝機將達到16.5GW，其中分布式光伏項目為5.7GW，光伏電站約10.8GW。根據(jù)披露的數(shù)據(jù)顯示，2014年，江蘇、山東、浙江的光伏預(yù)裝機容量排在前三，其中江蘇累計預(yù)裝機容量為130GW，山東、浙江分部為120GW、110GW。

2.配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和饋線保護裝置

配電網(wǎng)是指由架空線路、電纜、配電變壓器、開關(guān)、無功補償電容和一些其他設(shè)施所組成，在電力網(wǎng)中起著重要的分配電能作用。配電網(wǎng)按照電壓的等級來分類，可以分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)。如果按供電區(qū)的功能來分，又可將配電網(wǎng)分為城市配電網(wǎng)、農(nóng)村配電網(wǎng)和工廠配電網(wǎng)等。而城市配電網(wǎng)一般都是指高壓配電網(wǎng)。配電網(wǎng)一般都采用閉環(huán)設(shè)計和開環(huán)運行的方式，它的結(jié)構(gòu)呈輻射狀。

饋線保護包括瞬時電流、定時限電流和過電流三種速斷保護。

（1）瞬時電流的速斷保護，又被稱為電流速斷保護，指的是根據(jù)能夠躲過饋線末端短路時流過保護的最大三相短路電流來進行斷定，能夠快速的對故障展開切除工作。

（2）定時限電流速斷保護，則是和相鄰線進行共同配合保護整定。

（3）過流速斷保護，指的是根據(jù)能夠躲過饋線最大的負荷電流，結(jié)合與相鄰饋線和過流保護功能來實現(xiàn)共同配合保護，能夠在很大程度上保證相鄰饋線的安全。而就架空的饋線來說，電力人員應(yīng)該為其配備一個三相一次重合閘。通過這樣的方式能夠在發(fā)生配電網(wǎng)故障的時候，迅速的發(fā)展問題并加以解決，從而盡快的恢復(fù)正常供電。而對于不與相鄰饋線進行保護整定配合的饋線，通常只需要采用瞬時電流速斷保護以及過電流速斷保護。

3.光伏電源接入配電網(wǎng)對饋線繼電保護的不利影響

近些年來，我國的光伏能源規(guī)模和容量都在迅速的擴大，也促使之前的單端配電網(wǎng)逐漸朝著多端方向發(fā)展，這種轉(zhuǎn)變可能會引起電網(wǎng)內(nèi)故障電流的方向以及時間發(fā)生改變，從而使得繼電保護出現(xiàn)有誤動或者是拒動現(xiàn)象。從這個角度上看，對于光伏電源接入配電網(wǎng)中，對饋線繼電保護造成的影響研究是非常重要的，電力企業(yè)需要在保證獲取光伏電源的積極效益的同時，最大化的降低其所造成的不良影響。

在國際電網(wǎng)公司采用的技術(shù)規(guī)范《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中，指出了當(dāng)檢測到電網(wǎng)側(cè)發(fā)生短路時，光伏電站向電網(wǎng)輸出的短路電流應(yīng)不大于額定電流的150%。如果電網(wǎng)側(cè)或者是饋線出現(xiàn)了任何形式的短路故障，都需要迅速的切除光伏電源光伏電站。在這種情況下，光伏電站的接入只會對饋線的電流速斷保護造成影響。然而在實際的電網(wǎng)系統(tǒng)運行過程中，卻更加的復(fù)雜化。當(dāng)電網(wǎng)側(cè)或饋線發(fā)生故障時，光伏電站的電源基本上都不能馬上的跳離配電網(wǎng)。因此，我們應(yīng)該想些其他方法來解決如何在光伏電源沒有正常跳離配電網(wǎng)時，又能做到配電網(wǎng)的保護。我們需要利用公式計算出短路電流的大小和方向，進而分析在光伏電源的不同位置、不同流量接入對配電網(wǎng)饋線的保護和重合閘的影響。

3.1 光伏電源對饋線電流保護的影響

例如如果將1MWp的并網(wǎng)電站通過一臺1MVA升壓變壓器，將其升壓為10KV，然后通過10kV饋線接到110KV變電站的某個10KV饋線接入系統(tǒng)中。未接入光伏電源時，電流速斷保護的速斷方向以及低電壓閉鎖保護的控制字都是退出狀態(tài)。當(dāng)接入光伏電源后，有些饋線電流就會相應(yīng)發(fā)生改變，同時產(chǎn)生的保護效果也會發(fā)生改變。當(dāng)本線發(fā)生故障時，由于故障電流僅是由電網(wǎng)提供的，而與光伏電源無關(guān)，因此此時光伏電源的接入對饋線的保護是沒有任何影響的。但當(dāng)有的饋線發(fā)生故障時，由于光伏電源的存在，給電路提供了短路電流，從而降低了保護電阻的靈敏度。也有的饋線或電網(wǎng)發(fā)生故障時，又會由于光伏電源的存在而使得檢測到的電阻的反向電流值小于速斷電流保護的定值，從而引起誤動。

3.2 對饋線重合閘的影響

在根本上，大多數(shù)配電網(wǎng)所出現(xiàn)的故障現(xiàn)象都是瞬時性的問題。在這個角度上看，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中采用重合閘能夠有效地提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時還能夠降低電網(wǎng)系統(tǒng)維護的工作量。在單端供電的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，對架空饋線都是用重合閘來實現(xiàn)瞬時故障的供電的，這樣便可以很好的保護配電網(wǎng)的正常運行了。但隨著光伏電源的引入，這個問題就不那么簡單了。如果光伏電源與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線在發(fā)生故障后跳開了，那么光伏電源就不會影響重合閘對配電網(wǎng)的保護作用。

但是在出現(xiàn)故障的時候，光伏電站電源如果并未及時的跳離饋線，則會同部分電網(wǎng)共同成為電力孤島。而光伏電源在保證孤島電源的條件下，會給重合閘造成巨大的安全隱患，直接影響到重合閘的正常功能運行，使得重合過程失敗或者是導(dǎo)致非同時期的重合閘。

3.3 對備用電源的影響

通常來說，主流電源在故障影響的情況斷開時，一般需要自動利用備用電源供電，以不影響正常的供電工作。而光伏電源在使用中，要求快速高效自動投入備用電源，并滿足同期合閘的要求，這樣做的目的是為防止非同期合閘產(chǎn)生強大沖擊電流，而破壞配電網(wǎng)和光伏電源設(shè)備。

4.總結(jié)

將光伏電源接入到配電網(wǎng)中，能夠提供大量的能源支持，節(jié)省大量的化石能源，改善了電力企業(yè)的供電水平。但是同時，光伏電源的接入也對饋線繼電保護造成了一定的影響，和電源的容量、接入位置以及其他方面的因素都有著密切的聯(lián)系。由于相當(dāng)容量的光伏電源接入到不同位置的時候，會產(chǎn)生差異化的效果，極可能促進對饋線的保護，拓展其保護的范圍，也很可能進一步縮小該范圍。在這樣的前提下，電力系統(tǒng)需要采用相應(yīng)的措施來保證光伏電源的接入能夠加強饋線繼電保護狀態(tài)，比如加裝方向原件就是一種有效的措施。在光伏電源測電力人員也能夠設(shè)置部分低頻設(shè)備，并且實行同期入網(wǎng)的方式，能夠避免對重合閘造成不良影響?？偟膩碚f，針對于光伏電源接入配電網(wǎng)對饋線繼電保護造成的各種影響，電力企業(yè)需要進行全面深入的探索，找到相應(yīng)的解決措施，不斷的進行改正和完善，使得光伏電源能夠更好地為人們所利用。

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作者簡介：吳畏（1971—），男，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電氣工程專業(yè)2010級在讀研究生，電力系統(tǒng)高級工程師，電力系統(tǒng)繼電保護高級技師。