光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響分析

王娟

摘要： 光伏發(fā)電（PV）系統(tǒng)并入配電網(wǎng)后，必定會改變原來配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的繼電保護已不能滿足要求。因此，研究光伏并網(wǎng)對配網(wǎng)繼電保護的影響對推動光伏系統(tǒng)并網(wǎng)有十分重要的意義。利用PSCAD/EMTDC軟件建立光伏發(fā)電模型，分析了光伏發(fā)電接入不同位置和容量的情況下，對配網(wǎng)繼電繼電保護的影響。仿真結(jié)果表明，光伏發(fā)電接入配網(wǎng)始端時，對配電網(wǎng)的短路電流有助增作用，接入末端時，對本饋線故障處上游短路電流沒有影響，但會造成下游形成孤島效益。當(dāng)光伏發(fā)電容量較大時，可能會造成繼電保護產(chǎn)生誤動。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；配電網(wǎng)；繼電保護

中圖分類號：TM61 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0000-00

0 引言

自建國以來，全國以經(jīng)濟建設(shè)為中心，大力發(fā)展生產(chǎn)力，人民生活水平顯著提高。但到2000年開始環(huán)境問題成為焦點。如今霧霾、二氧化碳排放過多導(dǎo)致全球變暖等等環(huán)境問題更是數(shù)不勝數(shù)。近年來，我國能源需求持續(xù)快速增長，特別是石油資源的大量消耗，不僅對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，而且隨著石油對外依存度的不斷增加，給國家能源安全帶來潛在風(fēng)險。固然，能源對于一個國家的安全、穩(wěn)定、發(fā)展和人民生活水平提高有著極其重要的作用。我們在經(jīng)濟發(fā)展的同時，不能只想以經(jīng)濟發(fā)展為主要的目標(biāo)。用犧牲環(huán)境來取得相應(yīng)的成就，這樣只會適得其反。國家相關(guān)部門也提出了相應(yīng)的問題對于電力行業(yè)的全面認識?！吨袊娏εc能源》中指出，中國能源危機、經(jīng)濟瓶頸應(yīng)該以電力為核心。尋找新的電力資源，發(fā)掘電力潛能，提高電力技術(shù)水平是把電力作為中心的指導(dǎo)方向，只有這樣我國在能源危機以及經(jīng)濟被能源所遏制的情況才能改善[1-2]。

我國能源分布極為不均，西部可利用的新能源蘊含總量遠超我國沿海及中東部。光能，風(fēng)能，地?zé)崮艿任鞑績α拷y(tǒng)計為東部5倍以上。然而我國需求能源也極為不均，東部及東部沿海為能耗最多的地區(qū)，而西部工業(yè)少需求量小。能源的傳輸十分重要。故并網(wǎng)發(fā)電是符合我國特點的發(fā)電方式。

上述問題新能源的開發(fā)利用可以很好地解決。水利發(fā)電不會排放有害氣體，但水利發(fā)電占地大，至今沒有論證它是否對生態(tài)環(huán)境有影響。并且水利發(fā)電投資大，建設(shè)期長。核電發(fā)電效率高，占地相對較小，但核廢料至今沒有很好地處理辦法，其中核輻射也會造成環(huán)境污染，一旦核電站出問題還會危及地域安全。風(fēng)電占地大，風(fēng)能地域分布不均，維護經(jīng)費高。最適合發(fā)展的是并網(wǎng)式光伏發(fā)電，其發(fā)電系統(tǒng)靈活性高，建設(shè)周期短，擴展容量方便；光能可利用蘊含地廣，不受地域限制；污染小，由于發(fā)電是電力電子器件不涉及氣體污染，工作運行時聲音較??；維護費用低，運行可靠，工作方式簡單。

隨著光伏發(fā)電的成熟，成本越來越低，我國又是光伏板出產(chǎn)大國，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)成為利用這一資源的最好方式。然而，光伏發(fā)電有其自己的特點。并且配電網(wǎng)各不相同，光伏發(fā)電并網(wǎng)后接入容量、接入位置，勢必會影響配電網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，改變系統(tǒng)的潮流分布[3-4]。這樣的改變一定會對配電網(wǎng)繼電保護有十分大的影響。為了保證光伏發(fā)電接入后的電網(wǎng)安全與穩(wěn)定，也為了完善光伏發(fā)電技術(shù)、減少新能源發(fā)電的推行阻力。研究光伏發(fā)電并網(wǎng)對配網(wǎng)繼電保護的影響至關(guān)重要。

1 光伏發(fā)電數(shù)學(xué)建模

在不考慮光照溫度的情況下，電池板產(chǎn)生的電流Iph的大小受內(nèi)外影響不大。這樣的情況下可以把電流Iph理想化為一個恒流源與二極管并聯(lián)。由于光伏電池的構(gòu)造原因，橫向必定有電流。這樣會使有電能的消耗。我們可以加一個電阻Rs來等值，以減少模型的誤差。再加以考慮漏電流Ish，可等值其并聯(lián)一電阻Rsh，其等效圖由圖1所示[5-6]。

圖1光伏發(fā)電等效電路

在光伏模型中負載處電流方程為：

（1）

PV電源出口處電壓方程為：

（2）

UJ—為光伏電池不計橫向電阻出口處端電壓；

UL—為負荷 兩端電壓；

IL—為負荷電流。 （3）

—為一定值（PN結(jié)材料特性有關(guān)系數(shù)）；

—為一定值（PN結(jié)材料特性有關(guān)系數(shù)）；

K—為波茲曼系數(shù)；

T—為絕對溫度；

2 光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響分析

2.1 配電網(wǎng)參數(shù)

配電網(wǎng)接線圖如圖2所示。

圖2 配電網(wǎng)接線圖

1、線路參數(shù)

架空線路選擇LGJ-120/25，數(shù)據(jù)如下：r=0.223Ω，x=0.348Ω，具體參數(shù)如下表。

2、變壓器的選型

S7-6300/110，本變壓器采用降壓變壓器，額定容量6.3MVA，電壓等級變比為110kV/10.5kV，接線采用Yd11型，額定短路百分比為10.5。

3、配電系統(tǒng)電源參數(shù)

額定電壓為115kV，系統(tǒng)的電源阻抗為0.6Ω，電抗為3.9Ω。頻率為50Hz，系統(tǒng)容量為1.4MVA。

設(shè)系統(tǒng)容量為SS，系統(tǒng)電壓為ES，系統(tǒng)電抗XS，光伏發(fā)電系統(tǒng)容量為SE，光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓為EP，等效阻抗為XP。各線路電抗值為X1、X2、X3、X4、X5、X6。K1、K2、K3、K4、K5、K6分別為本段末端發(fā)生三相接地短路。

2.2 PV接入位置對配電網(wǎng)繼電保護的影響

1、PV電源接在配電網(wǎng)始端

具體接線圖如圖3所示。

通過計算分析， PV電源在始端接入會使保護的范圍擴大、降低保護的靈敏性。當(dāng)短路電流增大到一定值時，會使I段保護和下級的I段保護失去選擇性。情況嚴(yán)重時還會波及下級線路II段保護的選擇性。

2、PV電源接在配電網(wǎng)中端

如圖3中的C、D、F、G母線上，通過計算分析，PV可使相鄰饋線保護的范圍擴大、降低保護的靈敏性。當(dāng)短路電流增大到一定值時，會使I段保護和下級的I段保護失去選擇性。情況嚴(yán)重時還會波及下級線路II段保護的選擇性。

2、PV電源接在配電網(wǎng)末端

如圖3中的E、H母線上，通過計算分析，當(dāng)相鄰饋線發(fā)生故障時，由于PV電源增加了相鄰饋線的短路電流，會使相鄰饋線的保護裝置的保護范圍變大，靈敏性降低，并有可能使相鄰饋線的保護失去選擇性。

2.3 PV接入容量對配電網(wǎng)繼電保護的影響

1、PV電源接在配電網(wǎng)始端

接入容量分別為1、2、3MWp時，計算結(jié)果如表2所示。

當(dāng)K2發(fā)生故障時，相比與未接入PV系統(tǒng)時短路電流增大。當(dāng)K4發(fā)生故障使，相比與未接入PV系統(tǒng)時短路電流增大。并且隨容量的增加短路電流值隨著增加。

2、PV電源接在配電網(wǎng)中端

PV接入饋線中端時，接入容量分別為1、2、3MWp時，數(shù)據(jù)如表3所示。

當(dāng)K2發(fā)生故障時，相比于未接入PV電源的情況，保護2處的短路電流增大，保護4處為反向電流。當(dāng)K4發(fā)生故障時，流經(jīng)保護4短路電流變化不大。當(dāng)K5發(fā)生故障時，流經(jīng)保護5處的短路電流增加。

3、PV電源接在配電網(wǎng)末端

接入容量分別為1MW、2MW、3MW時，數(shù)據(jù)如下表4。

當(dāng)K2發(fā)生故障，相比未接入PV電源時流經(jīng)保護2的短路電流升高，并隨著容量的上升短路電流增加的越多。流經(jīng)保護4處的短路電流大小，不隨容量的變化而變化。

3 結(jié)論

PV電源接在配電網(wǎng)的始端時，其對配電網(wǎng)的短路電流有助增作用。PV電源接在配電網(wǎng)的末端時，當(dāng)故障是發(fā)生在本饋線上時，其對本饋線故障處上游短路電流沒有影響，但故障點下游處會由PV電源提供反向的短路電流，由于在故障段只有上游有保護裝置，所以下游會形成孤島效應(yīng)。當(dāng)PV電源接在配電網(wǎng)的中端時，當(dāng)故障發(fā)生在本饋線PV電源上游時，PV電源接入對相鄰饋線不會產(chǎn)生影響，對本饋線故障處保護的短路電流也不會產(chǎn)生影響。

參考文獻

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