光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響及對策研究

王有慶　范義　蔚文鑫

摘 要：文章首先介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)及光伏發(fā)電并網(wǎng)位置問題；然后對光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響進行了闡述，分別針對電流保護和重合閘的影響，對熔斷器重合器及分段器的影響等多個方面進行了闡述。文章采用的保護方案為允許孤島運行，需要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護并入配電網(wǎng)后對繼電保護的影響，文中也提出了相關(guān)的保護對策。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電并網(wǎng)；配電網(wǎng)；繼電保護；影響；對策

1 概述

全世界范圍內(nèi)都在大力發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)，發(fā)展迅猛。光伏發(fā)電系統(tǒng)中多分布式光伏電源并網(wǎng)成為發(fā)展潮流時，并網(wǎng)配電網(wǎng)引起的繼電保護問題也就越來越多，對配電網(wǎng)保護的影響也就越來越嚴重，這帶來的問題和挑戰(zhàn)值得電力工作者重新審視光伏并網(wǎng)問題。高容量大規(guī)模的光伏發(fā)電電源涉網(wǎng)后必定會影響潮流分布，改變配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而原有配電網(wǎng)的繼電保護問題是基于單電源輻射型結(jié)構(gòu)的保護進行整定，可見，光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護問題是電網(wǎng)規(guī)劃及運行維護人員需要重大考慮的一大問題，值得科技工作者進行相關(guān)的研究。

2 傳統(tǒng)配電網(wǎng)及光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護位置

2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)概述

按照高、中、低壓三個等級可以分類配電網(wǎng)的電壓等級，低壓配電網(wǎng)（220～380V），中壓配電網(wǎng)（6kV～l0kV）和高壓配電網(wǎng)（35kV～110kV）。目前，主要集中于饋線對配電網(wǎng)進行保護整定。我國配電網(wǎng)目前保護配置原則還是針對以單電源輻射網(wǎng)絡(luò)為主，按照其恒定的潮流方向情況而設(shè)計。采用和其它保護相配合三段式電流保護來針對非終端線路。以時間整定的形式來實現(xiàn)保護的選擇性進而實現(xiàn)全線路保護。為照顧到經(jīng)濟性，電流保護廣泛的應(yīng)用于傳統(tǒng)的饋線保護，通常采用反時限過電流保護來盡快切除靠近系統(tǒng)電源端的故障。對于一般采用定時限過電流保護和瞬時電流速斷保護來簡化保護配置直接向用戶供電的饋線。瞬時電流速斷保護整定方便、配合靈活、價格便宜，按饋線末端短路有足夠靈敏度原則整定以保護全線。但有時難以達標其動作定值、靈敏度及保護范圍，且其受系統(tǒng)運行方式變化的影響較大。一些系統(tǒng)運行方式變化率高的饋線和重要的電纜線路大多選擇使用距離保護。保證在非全電纜線路其發(fā)生瞬時故障時快速恢復(fù)供電應(yīng)配置三相一次重合閘，大多是永久性故障電纜線路對于自動重合閘裝置來說是不適用的。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護位置問題

目前并入電網(wǎng)的光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護的位置有兩種情況：一種是光伏系統(tǒng)直接與電網(wǎng)的低壓母線連接，可能出現(xiàn)兩種情況針對接入方式：（1）所帶負荷較大的該低壓母線，本地負荷由正常運行時PV和系統(tǒng)一起供電；（2）所帶負荷小的該低壓母線，正常運行時PV向低壓母線負荷和系統(tǒng)同時提供電能。為減少了低壓母線所帶負荷從系統(tǒng)的涉及容量來提PV。另一種是光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)一起對負荷供電。從高壓母線側(cè)接入經(jīng)變壓器。

3 光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響

3.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)對電流保護和重合閘的影響

三相短路的故障一般最為嚴重，此情況對配電網(wǎng)的影響也更大，故分析系統(tǒng)涉網(wǎng)嚴重情況，在系統(tǒng)最大運行方式下發(fā)生三相短路時的情況來定義并網(wǎng)系統(tǒng)的保護安全界限。光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護問題除了針對電流保護之外，配置有重合閘前加速和后加速以及保護電流的電配網(wǎng)，也由此產(chǎn)生自動重合閘問題，當光伏系統(tǒng)發(fā)電電源與并網(wǎng)系統(tǒng)電源之間聯(lián)接線發(fā)生故障導(dǎo)致保護動作后，在自動重合閘重合之前，并網(wǎng)電網(wǎng)仍然與光伏電源聯(lián)絡(luò)在一起，光伏電源沒有解列，光伏電源就會繼續(xù)加大故障點的故障電流，因為其繼續(xù)向故障點供電，并且會導(dǎo)致電弧無法熄滅，并且重合閘重合會使故障點電弧階躍重燃，甚至無法熄滅，使臨時性故障轉(zhuǎn)變成永久性故障，造成巨大損失。退一步講，發(fā)生非同期合閘的可能性還是有的，原因是重合閘動作前的這段時間即使故障點沒有使介質(zhì)絕緣徹底損壞，也可能會對配網(wǎng)和光伏電源造成破壞和沖擊，因為光伏發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)并網(wǎng)并未解列。

3.2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對熔斷器重合器及分段器的影響

廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和用電設(shè)備中的熔斷器是一種具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低和操作方便等優(yōu)點的電流保護器。反時限特性的熔斷器電流大則熔斷時間短，電流小則熔斷時間長。經(jīng)常采用應(yīng)用于饋線自動化重合器和分段器配合的方案中。能并在整定時間內(nèi)動作檢測故障電流跳閘。常使用在配電網(wǎng)自動化中的智能化開關(guān)設(shè)備之一重合器具有控制和保護功能。

為防止事故擴大，通常第一、二次被整定為快速分閘，可以被預(yù)先整定重合器的動作程序指分閘動作快速，以消除瞬時故障。重合器后面幾次動作都帶有時限，以便和分段器進行配合。分段器開關(guān)設(shè)備在失壓或無電流情況下是可以自動分閘的。有電壓——時間式、過電流脈沖計數(shù)型這兩大類。它在配電網(wǎng)中用于隔離線路區(qū)段。

4 光伏發(fā)電并網(wǎng)配電網(wǎng)保護對策

4.1 針對孤島運行的保護方案概述

光伏發(fā)電涉網(wǎng)系統(tǒng)后，可能會破壞原有保護之間的配合，導(dǎo)致無法正常動作。對于配電網(wǎng)的繼電保護和安全自動裝置，現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護方案是在對于發(fā)生故障的配電網(wǎng)，采取相關(guān)處理對涉及電網(wǎng)的光伏電源，處理方案有兩大方面：當并網(wǎng)的配電網(wǎng)發(fā)生故障時孤島運行和有計劃的孤島運行。將從電網(wǎng)解列或者由反孤島保護光伏電源就在保護動作之前將光伏電源退出電網(wǎng)在保護動作之后。

4.2 保護對策的研究

文章采用允許孤島運行的保護方案。這樣做的目的就是為了更好的實現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護實施方案。依據(jù)前面概述及分析針對孤島運行的保護方案，考慮導(dǎo)致配電網(wǎng)的保護方案及光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護方案都有哪些影響。為實現(xiàn)有效的保護措施，介紹一些可以應(yīng)用的保護方案。

依托通信系統(tǒng)的保護方案；微電網(wǎng)條件下的保護方案；基于廣域測量系統(tǒng)的保護方案。從以下幾個方面可以進行研究?；谥睾祥l前加速和電流保護配合的保護方案的改進；改進基于重合閘后加速配合電流保護的保護方案；改進對配置熔斷器保護方案；改進對重合器和電壓一時間式分段器配合原則；改進對距離保護；改進對反時限過電流保護；研究基于縱聯(lián)保護的方案。

針對目前主流的保護方案，主要包括提出了以廣域測量系統(tǒng)為基礎(chǔ)的保護方案，依靠通訊系統(tǒng)和以微電網(wǎng)為條件的保護。之后改進現(xiàn)有配電網(wǎng)原有保護配置。分類概述方法是依據(jù)將含有光伏電源的配電網(wǎng)的保護方案是否允許孤島運行，孤島的形成模式以及事先解列點的選擇方式進行描述。

綜上，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)位置處加裝每條饋線保護的方向元件，使保護具有選擇性，在靠近電源側(cè)首端保護。保護當線路發(fā)生故障動作跳閘后，光伏系統(tǒng)和系統(tǒng)電源斷開電氣聯(lián)系的從電網(wǎng)退出運行。準確定位故障區(qū)位通過廣域測量系統(tǒng)收集多點保護動作信息，防止保護誤動。以減少停電范圍，提高供電可靠性為目標，如果是永久性故障發(fā)生，則故障點下游的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)以短時間斷供電模式形成孤島，帶部分負荷穩(wěn)定運行。

5 結(jié)束語

文章通過分析光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護技術(shù)在配電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，詳細闡述了大容量高配比的光伏電源并網(wǎng)會對配電網(wǎng)的繼電保護裝置和電網(wǎng)的安全自動化裝置帶來的影響。如光伏電源并網(wǎng)配電網(wǎng)后給電流保護與重合閘、熔斷器、重合器與分段器、距離保護以及反時限過流保護所造成的不利影響。文中所述，對光伏涉網(wǎng)保護方案論述允許采用孤島運行方案，建議考慮并網(wǎng)錢光伏發(fā)電與欲接入配電網(wǎng)需要容量的配比關(guān)系，進一步的提出了相關(guān)的保護對策。

參考文獻

[1]陳潔.光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)保護的影響及對策[D].山東理工大學(xué)，2012.

作者簡介：王有慶（1976-），男，漢族，甘肅省張掖市人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化，從事供電公司電網(wǎng)檢修工作。