大數(shù)據(jù)條件下的分布光伏并網(wǎng)保護(hù)探究

雷顯國(guó)

（安康職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 安康 725000）

1 分布光伏并網(wǎng)發(fā)電原理

分布光伏并網(wǎng)發(fā)電實(shí)際上是通過光伏電池陣列轉(zhuǎn)變太陽(yáng)能為直流電能，利用DC/AC并網(wǎng)逆變器將直流電逆變?yōu)?0 Hz、220 V/380 V的交流電并入電網(wǎng)[1]。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型包含太陽(yáng)能光伏電池陣列、并網(wǎng)逆變器、計(jì)量裝置以及配電系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。

圖1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

其中，逆變裝置劃分為單級(jí)層逆變和多級(jí)層逆變。多級(jí)層逆變有助于控制最大功率和直流電壓。電力電子器件數(shù)量不斷增加，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，很大程度上加大了能耗，接入電網(wǎng)時(shí)易影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2 分布光伏并網(wǎng)的不足

分布光伏發(fā)電基于太陽(yáng)能輻射和溫度變化生成電能，所以電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性取決于自然環(huán)境，最大特性在于浮動(dòng)性和實(shí)時(shí)變化性。陽(yáng)光明媚時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)輸出的電能充足；陰天時(shí)，輸出的電能十分微弱，不適的調(diào)整會(huì)直接影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。作為不受人力控制的自然資源，太陽(yáng)能在天氣情況和季節(jié)變化影響下有所波動(dòng)。如果在電網(wǎng)系統(tǒng)中融合分布光伏并網(wǎng)，則會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，還會(huì)由于并網(wǎng)保護(hù)不到位留下安全隱患，影響后續(xù)的正常使用[2]。

分布光伏并網(wǎng)保護(hù)不到位，很容易引發(fā)電壓偏差、波動(dòng)以及閃變等不穩(wěn)定現(xiàn)象。不按實(shí)際要求嚴(yán)格接入配電系統(tǒng)，極易導(dǎo)致電力系統(tǒng)輸出功率不穩(wěn)定，進(jìn)而造成電能供需失衡。在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)更新發(fā)展的趨勢(shì)下，分布光伏發(fā)電不斷衍生，規(guī)模隨之?dāng)U大，但也存在很多問題。例如，因諧波源的重合引發(fā)諧波污染；因安裝不恰當(dāng)，電力系統(tǒng)發(fā)生斷電引發(fā)孤島現(xiàn)象等。分布光伏并網(wǎng)工作過程中需采取針對(duì)性措施，全面做好并網(wǎng)保護(hù)工作，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，最大程度提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，在保障安全的基礎(chǔ)上提供豐富的能源，促進(jìn)社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展[3]。

3 分布光伏并網(wǎng)保護(hù)的影響

3.1 對(duì)三段式電流保護(hù)的影響

分布式光伏并網(wǎng)對(duì)三段式電流保護(hù)造成的影響主要體現(xiàn)在電流速斷保護(hù)、限時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限過電流保護(hù)，具體如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 電流速斷保護(hù)

圖3 限時(shí)電流速斷保護(hù)

圖4 定時(shí)限過電流保護(hù)

3.1.1 對(duì)電路保護(hù)動(dòng)作敏感度的影響

光伏電站接入配網(wǎng)前，配電系統(tǒng)向故障點(diǎn)傳輸短路電流，繼電保護(hù)裝置有效處理系統(tǒng)電流；光伏電站接入配網(wǎng)后，配電系統(tǒng)和接入的光伏電站為故障點(diǎn)提供短路電流，這時(shí)繼電保護(hù)裝置只能感知配電系統(tǒng)提供的電流，降低了保護(hù)裝置的敏感度。

3.1.2 對(duì)電路保護(hù)動(dòng)作準(zhǔn)確度的影響

分布光伏并網(wǎng)前，一旦饋線發(fā)生故障，便只有配電系統(tǒng)為故障點(diǎn)傳輸短路電流。分布光伏并網(wǎng)后會(huì)導(dǎo)致故障點(diǎn)短路電路迅速增加，增大了對(duì)保護(hù)裝置的影響，將直接影響保護(hù)裝置動(dòng)作。

3.1.3 對(duì)相鄰電路保護(hù)動(dòng)作的影響

分布光伏并網(wǎng)后，發(fā)生故障時(shí)，通過故障點(diǎn)的電流便會(huì)增加。這時(shí)由于故障點(diǎn)的絕緣性，導(dǎo)致通過故障點(diǎn)的電流分流于其他線路影響鄰線路，從而使得保護(hù)裝置出現(xiàn)動(dòng)作錯(cuò)誤[4]。

3.2 對(duì)自動(dòng)重合閘的影響

我國(guó)配電線路結(jié)構(gòu)大體為單側(cè)電源，一旦線路短路，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)重合閘，切斷故障點(diǎn)供電，防止影響配網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)。分布光伏并網(wǎng)后，一旦故障發(fā)生在光伏電站和配電系統(tǒng)線路上，且配電系統(tǒng)自動(dòng)重合閘動(dòng)作前未切斷與光伏電站的銜接，光伏電站將向故障點(diǎn)傳輸電流，造成重合閘動(dòng)作時(shí)發(fā)生電弧重燃現(xiàn)象，合閘失敗，威脅配網(wǎng)運(yùn)行的安全性。因此，如果在已有保護(hù)上發(fā)生故障，必須在自動(dòng)重合閘發(fā)生動(dòng)作前切斷配網(wǎng)的光伏電站，且在分布光伏電站端設(shè)置反孤島保護(hù)。

3.3 對(duì)熔斷器保護(hù)的影響

熔斷器是電力系統(tǒng)常見的自動(dòng)保護(hù)裝置。線路發(fā)生電流過大現(xiàn)象超過線路自身承受范圍時(shí)，熔斷器會(huì)自動(dòng)切斷電路，以保證配網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。熔斷器安裝在電路分支處和變壓器高壓側(cè)，如果故障發(fā)生于電路末端，熔斷器會(huì)快速切斷，保護(hù)電力線路不受威脅。接入分布光伏電站會(huì)改變線路運(yùn)行結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致線路系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性下降嚴(yán)重。

4 分布光伏并網(wǎng)接入保護(hù)設(shè)置

分布式電源光伏并網(wǎng)保護(hù)配置具體如圖5所示。

其中，59/27代表過/欠電壓繼電器；81O/U代表高/低頻率繼電器；81R代表頻率變化率繼電器；67代表方向過電流繼電器；59G代表接地過電壓繼電器；51V代表低電壓?jiǎn)?dòng)過電流繼電器；46代表負(fù)序過電流繼電器；47代表負(fù)序過電壓繼電器；32代表功率方向繼電器；25代表檢同期繼電器。

圖5 并網(wǎng)保護(hù)配置

4.1 系統(tǒng)側(cè)保護(hù)配置

就110 kV電壓而言，在合理設(shè)置故障解決保護(hù)配置過程中，以母線段為單位，全面涵蓋高頻、低頻、高壓以及低壓等保護(hù)設(shè)施設(shè)備，此外還包含光伏電站銜接線斷路器。配網(wǎng)110 kV光伏電站銜接線路中，針對(duì)過電流設(shè)置保護(hù)設(shè)施設(shè)備，通過驗(yàn)證分析如果無法有效防控反向故障，則進(jìn)行閉鎖處理。就配網(wǎng)側(cè)線路保護(hù)層面而言，需保障三相一次重合閘正常發(fā)揮作用。另外，檢測(cè)次功能無壓且具備同期功能，這主要是由于非同期合閘會(huì)引發(fā)巨大沖擊而造成嚴(yán)重危害。就節(jié)點(diǎn)具體位置而言，配置斷路器需按具體明文規(guī)定選擇科學(xué)可行的方式方法。就斷路器保護(hù)而言，需選擇常規(guī)線路保障重合閘功能，且對(duì)線路進(jìn)行無壓檢測(cè)[5]。

4.2 并網(wǎng)斷路器保護(hù)

并網(wǎng)斷路器需配置速斷保護(hù)、過流保護(hù)以及光纖差動(dòng)保護(hù)等。分布光伏電站應(yīng)快速準(zhǔn)確檢測(cè)到孤島現(xiàn)象，并快速切斷與配網(wǎng)的連接。從孤島現(xiàn)象發(fā)生到并網(wǎng)斷路器斷開，時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格控制在2 s以內(nèi)。并網(wǎng)斷路器功能要求相對(duì)較高，需同時(shí)配備低周低壓解列和高周高壓解列功能。一旦分布光伏電站并網(wǎng)，接入用戶內(nèi)部電網(wǎng)，合理配置逆功率保護(hù)。

5 結(jié) 論

綜上所述，分布光伏發(fā)電是電力系統(tǒng)的重要構(gòu)成環(huán)節(jié)，也是我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)目前分布光伏并網(wǎng)工作的不足，需科學(xué)合理設(shè)置并網(wǎng)保護(hù)，最大程度上消除電路運(yùn)行的安全隱患，提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，防止引發(fā)短路問題，降低安全事故的發(fā)生幾率，促進(jìn)電力企業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)健康發(fā)展。