智能配電網(wǎng)分布式光伏電源并網(wǎng)保護(hù)技術(shù)研究

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摘 要：隨著電力行業(yè)發(fā)展水平的不斷提升，新能源不斷被接入且在各個(gè)地區(qū)得到有效應(yīng)用?；诖?，文章就智能配電網(wǎng)分布式光伏電源并網(wǎng)保護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，首先從實(shí)際案例出發(fā)，就分布式光伏電源在智能配電網(wǎng)中的應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析，然后從故障分析和保護(hù)分析兩個(gè)角度探討分布式光伏電源對(duì)電流保護(hù)的影響，最后就運(yùn)行方式、距離保護(hù)、繼電保護(hù)和分布式發(fā)電單元保護(hù)的技術(shù)方案給予說明。

關(guān)鍵詞：智能配電網(wǎng)；分布式；光伏電源；并網(wǎng)保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）35-0152-02

Abstract： With the development of the electric power industry， new energy sources have been connected and applied effectively in various regions. Based on this， this paper studies the protection technology of distributed photovoltaic power in smart distribution network. Firstly， the application value of distributed photovoltaic power in smart distribution network is analyzed from the actual case. Then， the influence of distributed photovoltaic generation on current protection is discussed from two aspects of fault analysis and protection analysis. Finally， the technical scheme of operation mode， distance protection， relay protection and distributed generation unit protection are explained.

Keywords： smart distribution network； distributed； photovoltaic power supply； grid-connected protection

引言

當(dāng)前新能源的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為社會(huì)各行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要課題，而電力行業(yè)的分布式光伏發(fā)電技術(shù)也得到極大發(fā)展。從實(shí)踐應(yīng)用來看，光伏發(fā)電具有很大優(yōu)勢(shì)，不僅能夠保護(hù)生態(tài)環(huán)境、緩解資源消耗，還能夠使電力系統(tǒng)的建設(shè)更加靈活。如今分布式光伏電源大量并入智能配電網(wǎng)，使電力網(wǎng)絡(luò)的部分安全自動(dòng)裝置受到影響，因此有必要對(duì)并網(wǎng)保護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究，從而提高光伏發(fā)電的應(yīng)用水平。

1 智能配電網(wǎng)分布式光伏電源的應(yīng)用價(jià)值

1.1 案例分析

本文選擇的建設(shè)案例位于我國(guó)西北某地區(qū)，該地區(qū)具有優(yōu)質(zhì)的太陽(yáng)輻射資源，每年平均的日照小時(shí)能夠達(dá)到2000以上，而每年平均的輻射量則超過5000MJ，因此極利于光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。為了保障該區(qū)域的用電安全及供電質(zhì)量，國(guó)家投入資金建立光伏并網(wǎng)實(shí)驗(yàn)示范基地，以166兆瓦總裝機(jī)容量的電站為區(qū)域供電。從實(shí)踐應(yīng)用中可以看到，并入智能配電網(wǎng)的分布式光伏電源能夠有效緩解因傳統(tǒng)供電造成的環(huán)境壓力，避免資源的大量消耗，同時(shí)保障區(qū)域內(nèi)的供電質(zhì)量，因此具有極大的發(fā)展前景。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟，分布式光伏電源不僅能夠在邊遠(yuǎn)郊區(qū)供電，還能夠有效應(yīng)用在城市建筑中，并且以10kV電壓并網(wǎng)接入110kV的變電站，使光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)用性大大提升，這不僅使城市公共電網(wǎng)的應(yīng)用壓力大大緩解，還能夠促進(jìn)電力行業(yè)獲得健康可持續(xù)發(fā)展。

1.2 中低壓配電網(wǎng)保護(hù)

就當(dāng)前分布式光伏電源在智能配電網(wǎng)的應(yīng)用來看，雖然取得光伏廠房、光伏大廈等建設(shè)成就，但是大容量光伏電源的并入仍然對(duì)智能配電網(wǎng)的運(yùn)行帶來一定的影響，例如使潮流分布變得更加復(fù)雜、使輸出功率變得更加不穩(wěn)定、產(chǎn)生諧波污染現(xiàn)象、造成電壓波動(dòng)等，從而使電力計(jì)量受到極大影響，而且制約電力系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。以10kV中低壓配電網(wǎng)保護(hù)為例，現(xiàn)階段我國(guó)中低壓配電網(wǎng)主要有以下幾種類型構(gòu)成，分別是不接地單側(cè)電源、輻射型供電模式、手拉手式運(yùn)行模式、環(huán)網(wǎng)運(yùn)行模式等，這些類型均屬于分段模式，因此會(huì)采用三段式電流保護(hù)作為保護(hù)措施，而且在配電網(wǎng)的斷路器部分裝置繼電保護(hù)裝置，在主饋線部分裝置重合閘保護(hù)裝置，在分饋線部分裝置斷路器保護(hù)裝置。雖然三段式電流保護(hù)能夠切除一般故障，但是無法應(yīng)用分布式光伏電源并入智能配電網(wǎng)后的情況，因此必須對(duì)有效的并網(wǎng)保護(hù)方案進(jìn)行詳細(xì)分析。

2 智能配電網(wǎng)分布式光伏電源并網(wǎng)保護(hù)技術(shù)方案

2.1 故障分析

已知三段式電流保護(hù)的范圍如圖2所示。當(dāng)分布式光伏電源并入智能配電網(wǎng)后，傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)會(huì)受到以下幾種影響：

（1）分布式發(fā)電單元上游故障

當(dāng)分布式發(fā)電單元的上游出現(xiàn)故障時(shí)，K1會(huì)出現(xiàn)短路現(xiàn)象，而處于另一條饋線部分的R3會(huì)得到保護(hù)，但是分布式發(fā)電單元的存在對(duì)R3的保護(hù)動(dòng)作并沒有直接影響。在分布式發(fā)電單元短路故障后，系統(tǒng)S與分布式發(fā)電單元的關(guān)系就會(huì)變成并聯(lián)形式，因此線路會(huì)出現(xiàn)分流情況，使R1對(duì)電流的靈敏度嚴(yán)重下降，從而造成保護(hù)裝置拒動(dòng)現(xiàn)象，使電路故障無法得到有效隔離。

（2）分布式發(fā)電單元下游故障

當(dāng)分布式發(fā)電單元的下游出現(xiàn)故障時(shí)，K2會(huì)出現(xiàn)短路故障，而處于另一條饋線部分的R3會(huì)得到保護(hù)，但是分布式發(fā)電單元的存在對(duì)R3的保護(hù)動(dòng)作并沒有直接影響。在下游故障發(fā)生后，系統(tǒng)S與分布式發(fā)電單元之間的關(guān)系會(huì)變得更加一致，并且共同為R2提供短路電流，使R2得到有效保護(hù)，因此分布式發(fā)電單元會(huì)使得R2接收到的電流變大，從而使線路故障得到及時(shí)切除。

（3）其他部分故障

其他部分的故障主要指的是同一母線的其他饋線故障，即K3發(fā)生短路現(xiàn)象，這時(shí)R2的位置與其他饋線部位不同，因此分布式發(fā)電單元的存在對(duì)R2的保護(hù)動(dòng)作并沒有直接影響。當(dāng)短路故障發(fā)生以后，系統(tǒng)S與分布式發(fā)電單元之間的關(guān)系會(huì)變得更加一致，從而為R3提供大量短路電流，使R3得到有效保護(hù)，這時(shí)R3的靈敏度會(huì)增強(qiáng)，能夠及時(shí)切除線路故障。但是R1只能依靠分布式發(fā)電單元提供故障電流，因此可能出現(xiàn)誤動(dòng)現(xiàn)象。

2.2 保護(hù)分析

分布式發(fā)電單元在并入智能配電網(wǎng)后會(huì)出現(xiàn)以下幾種保護(hù)情況，分別是距離保護(hù)、縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和線路重合閘保護(hù)。就距離保護(hù)來看，系統(tǒng)S和分布式發(fā)電單元會(huì)同時(shí)對(duì)故障點(diǎn)提供電流，從而使阻抗的測(cè)量值發(fā)生一定的變化，使得距離保護(hù)的靈敏度及動(dòng)作范圍發(fā)生相應(yīng)的變化；就縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)來看，當(dāng)線路出現(xiàn)故障后，故障點(diǎn)會(huì)得到分布式發(fā)電單元提供的大量電流，因此該部分的電流值會(huì)顯著提升，但是檢測(cè)裝置只能接收到故障點(diǎn)的電流，因此導(dǎo)致保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動(dòng)現(xiàn)象；就線路重合閘保護(hù)來看，分布式發(fā)電單元無法與智能電網(wǎng)同步，因此會(huì)出現(xiàn)非同期合閘現(xiàn)象。

2.3 技術(shù)方案

（1）運(yùn)行方式

對(duì)運(yùn)行方式進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，主要可以制定以下幾種技術(shù)方案：其一，切源方案。如果線路出現(xiàn)故障時(shí)，可以先將所有的分布式發(fā)電單元斷開，然后采取常用的保護(hù)措施維護(hù)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但是當(dāng)故障發(fā)生在分布式發(fā)電單元部分，就應(yīng)該使分布式發(fā)電單元及時(shí)跳離智能配電網(wǎng)。這一保護(hù)動(dòng)作需要與重合閘動(dòng)作互相配合，一般需要在重合閘動(dòng)作發(fā)生前完成；其二，孤島方案。當(dāng)出現(xiàn)線路故障后，分布式發(fā)電單元獨(dú)立承擔(dān)供電作用，將智能配電網(wǎng)劃分為若干個(gè)孤島，從而對(duì)故障的范圍給予有效控制。在這種技術(shù)方案下，要移除原本的線路保護(hù)裝置，對(duì)整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行重新規(guī)劃。

（2）距離保護(hù)

在對(duì)距離保護(hù)的技術(shù)方案進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，可以對(duì)距離繼電器進(jìn)行有效應(yīng)用。這種保護(hù)裝置具有四邊形特性，能夠?qū)ξC(jī)線路給予有效保護(hù)。在實(shí)踐應(yīng)用過程中，距離繼電器可以對(duì)距離和方向給予精確測(cè)量，并且使整定電阻分量和整定三段式電抗定值得到詳細(xì)要求，以此達(dá)到距離保護(hù)的目的。

（3）繼電保護(hù)

在對(duì)繼電保護(hù)的技術(shù)方案進(jìn)行改進(jìn)時(shí)，主要采用以下幾種途徑：其一，繼電保護(hù)邏輯方案。這種方案對(duì)繼電保護(hù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，不僅能夠擴(kuò)大應(yīng)用范圍、降低計(jì)算難度，還能夠有效控制規(guī)劃建設(shè)的成本；其二，TCM方案。這一方案主要以繼電保護(hù)裝置的時(shí)限為依據(jù)，然后選擇時(shí)限最短的組成最優(yōu)方案，使故障能夠在最短時(shí)間內(nèi)被切除；其三，電流分量檢測(cè)方案。這一方案只將零序和負(fù)序電流的分量進(jìn)行對(duì)比，然后采用過電流保護(hù)措施，當(dāng)數(shù)值達(dá)到設(shè)定值時(shí)就會(huì)啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著新能源技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，針對(duì)智能配電網(wǎng)分布式光伏電源并網(wǎng)保護(hù)技術(shù)的探究非常必要，現(xiàn)階段光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，但是大容量光伏電源的并入?yún)s使智能網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行受到一定影響，為了增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，必須對(duì)并網(wǎng)保護(hù)技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，從而使智能配電網(wǎng)的運(yùn)行方式、距離裝置、繼電裝置、分布式發(fā)電單元都正常運(yùn)行。希望本文能夠?yàn)檠芯窟@一課題的相關(guān)人員提供參考。

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