分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng) 對配電網(wǎng)繼電保護的影響研究

雷顯國

摘 要：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)改變了配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，必然會對配電網(wǎng)繼電保護造成一定的影響。為了優(yōu)化設(shè)計配電網(wǎng)繼電保護能夠更好的工作，文章對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響進行分析。結(jié)果表面，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)主要造成配電網(wǎng)中短路電流增加，降低保護的靈敏性，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電系統(tǒng);并網(wǎng);繼電保護;配電網(wǎng)

中圖分類號：TM615 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0159-05

Research on the Influence of Local Grid Connection of Distributed Photovoltaic Power Generation System on Relay Protection of Distribution Network

Lei Xian guo

（Ankang Vocational and Technical College， Ankang 725000， China ）

Abstract：On-site integration of distributed photovoltaic power generation systems has changed the structure of the distribution network， which will inevitably have a certain impact on the relay protection of the distribution network. In order to optimize the design of the relay protection of the distribution network， the paper analyzes the influence of the distributed photovoltaic power generation system on-site on the relay protection of the distribution network. As a result， the on-site grid connection of distributed photovoltaic power generation systems mainly causes the increase of short-circuit current in the distribution network， which reduces the sensitivity of protection and reduces the stability of the system.

Key words：distributed photovoltaic power generation system; grid connection; relay protection; distribution network

我國經(jīng)濟發(fā)展迅速，使得電力需求不斷上升，然而伴隨著能源緊缺、環(huán)境污染嚴(yán)重等現(xiàn)狀，使用清潔能源發(fā)電屬于今后的重點研究對象。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過利用太陽能，能夠節(jié)約資源、保護環(huán)境，所以光伏產(chǎn)業(yè)具有蓬勃的發(fā)展[2-3]。然而分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)使得電力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不可避免的對配電網(wǎng)繼電保護造成一定影響[4-5]。所以文章將主要對其影響進行分析，從而有助于優(yōu)化繼電保護裝置。

1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)電壓等級選擇 和接入方式

1.1 并網(wǎng)電壓等級選擇

在居民附近，主要會使用分布式光伏發(fā)電，這種類型的發(fā)電系統(tǒng)就是將所發(fā)的電能應(yīng)用到附近的用戶，因為附近用戶有限，所以一般情況下會選擇10kV及其以下的電壓等級接入電網(wǎng)，因為其用戶較少，所以對于單個并網(wǎng)點總裝機容量的要求就會比較低，一般不超過6MW的光伏發(fā)電項目[6]。在對電壓等級進行選擇時，首先進行初步選擇，主要根據(jù)的是裝機容量大小來選擇電壓等級。然后再進行最終選擇，主要依據(jù)的是電網(wǎng)條件，對不同電壓通過技術(shù)和經(jīng)濟進行比較，得出最佳電壓等級。如果在選擇過程中高、低2級電壓都滿足條件，那么則選擇低電壓等級，圖1和圖2即為兩種接入方式。

1.2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入方式

一般情況，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入方式有兩種，分別為專線接入和T解方式。下面將對這兩種方式進行分析：

（1）專線接入。分布式電源接入點處，可以通過設(shè)置分布式電源專用的開關(guān)設(shè)備，即通過該開關(guān)設(shè)備能夠?qū)δ承┚€路進行直接管理，比如將分布式電源直接接入到變電站中，或者還可以接入到其他的位置，從而可以實現(xiàn)直接控制的作用。

（2）T接方式。該接入方式正好與專線接入方式相反，即沒有設(shè)置專用的開關(guān)設(shè)備，比如可以直接將分布式電源接入到電纜線路中[6]。

2? 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電

保護的影響

當(dāng)前，我國大部分中低壓配電網(wǎng)供電方式采用的是比較簡單的單電源放射性網(wǎng)絡(luò)，所以其中的電流或者功率的方向都是單一，這種方式更有利于系統(tǒng)的發(fā)展[7]。于是在這種情況之下，對配電網(wǎng)繼電器保護進行設(shè)置，從而起到一定的保護作用。當(dāng)配電網(wǎng)的電壓等級是10kV時，繼電保護裝置一般情況下會使用階段式的電流保護，另外，在裝置中基本上不會設(shè)置其他的方向元件。于是在繼電保護裝置中加入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，就會改變配變網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使得系統(tǒng)變得更加復(fù)雜，而原本的系統(tǒng)屬于一種簡單的結(jié)構(gòu)，增加分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之后使得流向變得更加多樣化。一般情況下會對配電網(wǎng)繼電保護造成的影響有以下3點：

2.1 影響三段式電流保護

配電網(wǎng)在過去使用三段式電流保護裝置非常頻繁，然而通過使用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，使得配電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，不容易進行處理，比如系統(tǒng)發(fā)生問題，在配電網(wǎng)中接入的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)會造成電流流量出現(xiàn)大比例增大的變化，于是出現(xiàn)故障的系統(tǒng)中電流也會變大，電流在流動過程中，會向故障點進行流動，所以電力系統(tǒng)的運行情況就會遭到嚴(yán)重影響。于是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對三段式電流保護的影響主要有以下3點：

（1）會影響電路保護的敏感度。在還沒有接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)時，如果配電網(wǎng)發(fā)生問題，短路電流只有系統(tǒng)向故障點進行輸送，只需要對系統(tǒng)自身的電流進行處理即可實現(xiàn)保護作用，但是如果接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，在其下游處，配電發(fā)出現(xiàn)問題，此時不僅系統(tǒng)會提供短路電流，而且光伏電站也會提供短路電流，但是原本的繼電保護裝置只能感知系統(tǒng)的短路電流，而光伏電站的短路電流無法進行感知，所以降低了保護裝置的敏感度。

（2）影響電路保護動作的準(zhǔn)確度。配電網(wǎng)在沒有接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之前如果出現(xiàn)問題，并且故障出現(xiàn)在饋線上，此時也只有配電系統(tǒng)提供短路電路，但是通過接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)之后，其也會提供短路電流到故障點，所以在一定程度上增加了短路電流，必然會更大程度的影響保護裝置。

（3）影響相鄰電路的保護動作。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)之后，如果配電網(wǎng)出現(xiàn)故障，通過上述分析，可知就會增加短路電流流向故障點，但是由于故障點具有絕緣效果，于是就會使得短路電流向其他線路進行分流，所以就會使得與其相鄰的線路受到一定程度的影響，就會使得保護動作出現(xiàn)錯誤。

2.2 影響熔斷器保護

熔斷器在電力系統(tǒng)中屬于一種常見的自動保護裝置，熔斷器的主要作用是可以切斷電路，但是其中具有一定的限制條件，就是在線路中電流比較大時，但是該電流要能夠是線路本身能夠承受的范圍之外，然后熔斷器就會自動進行運行，將電路進行切斷，從而保障配電網(wǎng)的安全運行。在進行安裝熔斷器時，可以將其安裝到變壓器的高壓側(cè)，也能夠?qū)⑵浒惭b到電路的分支處，如果在電路的末端位置出現(xiàn)問題，熔斷器就會立馬自行操作，將電路進行切斷，實現(xiàn)保護電路作用;然而分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)之后，就會使得線路變得更加復(fù)雜，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，于是在運行過程中，出現(xiàn)問題，此時熔斷器的保護不一定會實現(xiàn)保護作用，所以就會降低線路系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2.3 影響自動重合閘

當(dāng)前我國配電網(wǎng)的線路結(jié)構(gòu)方式使用的是單側(cè)電源，如果電路在運行過程中出現(xiàn)短路故障，自動重合閘將會立即關(guān)閉，于是就會切斷故障點的供電，此方式能夠起到對配電網(wǎng)的保護作用，避免了配電網(wǎng)運行受到影響。但是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)之后發(fā)生問題，并且該問題出現(xiàn)在配電系統(tǒng)和光伏電站之間，如果自動重合閘沒有將光伏電站和故障點之間的短路電流進行切斷，那么分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就會將故障電流傳輸?shù)焦收宵c，就會造成電弧重燃現(xiàn)象，使得自動重合閘不能進行合閘動作，于是就會造成整個配電網(wǎng)出現(xiàn)嚴(yán)重事故，還會影響到光伏發(fā)電。所以為了降低這種影響帶來的嚴(yán)重后果，需要及時的切斷配電網(wǎng)中光伏電站，并且在自動重合閘開始動作之前將其切斷，然后還需要將反孤島保護設(shè)置在分布式光伏電站端。

3 定量分析分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)對配 電網(wǎng)繼電器的影響

該部分將通過建立數(shù)學(xué)模型，然后從定量分析的角度分析光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電器的影響，主要分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入位置不同，對配電網(wǎng)繼電器的影響也會不同;還分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入流量不同，對繼電器保護的影響不同。

3.1 光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型

電池板產(chǎn)生的電流Iph在不考慮光照溫度影響的影響下，可以將其理想化為一個二極管和恒流源并聯(lián)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中會存在橫向電流，于是使用一個Rs電阻來等值，可以提高模型的精確度，另外在系統(tǒng)中還會存在漏電流Ish，通過使用電阻Rsh進行表示，光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效電路如圖3所示。

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的負(fù)載處電流方程如下：

光伏發(fā)電系統(tǒng)中電源出口處的電壓方程如下所示，該方程中沒有考慮橫向電阻出口處的端電壓。

式（2）中UL表示的是負(fù)荷RL兩端電壓，IL表示的是負(fù)荷電流，其公式如下：

式（3）中A和B表示的一定值，T表示的是絕對溫度，K表示的是波慈曼系數(shù)，q表示的是電荷電量，其中Ish和Id的公式分別如下：

3.2 配電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)

圖4即為配電網(wǎng)接線圖，其中線路參數(shù)、變壓器選型和配電系統(tǒng)電源參數(shù)如圖4所示。

（1）線路參數(shù)。具體的參數(shù)如表1所示，另外r=0.223Ω，x=0.348Ω。

（2）變壓器的選型。選擇型號為S7-3600/110的變壓器，其中使用的降壓變壓器，其相關(guān)參數(shù)如表2所示，接線使用的型號為Td11型。

（3）配電系統(tǒng)電源參數(shù)如表3所示。

3.3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入位置對配電網(wǎng)繼電保

護的影響

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)電源接在配電網(wǎng)始端。該接入位置如圖5所示，由于上述模型和相關(guān)參數(shù)已經(jīng)給出，可以通過計算之后，發(fā)現(xiàn)如果按照這種接入方式，就會增加繼電保護的范圍，于是就會使得靈敏性較低。另外，系統(tǒng)發(fā)生故障之后，會增加短路電流，當(dāng)達到一定值之后，會使得Ⅰ段保護失去選擇性。如果故障沒有及時進行處理，嚴(yán)重情況還會造成下級Ⅱ段保護也失去選擇性。

（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)電源接到配電網(wǎng)中端。通過計算圖5中的C、D、F和G母線上的相關(guān)數(shù)據(jù)，可知將光伏發(fā)點小同接到中端之后會增加相鄰饋線保護的范圍，自然就會降低保護的靈敏性，系統(tǒng)將會更容易發(fā)生問題。而且短路電流的增加與上述情況一樣，會使得Ⅰ段失去選擇性。

（3）光伏發(fā)電系統(tǒng)電源接到配電網(wǎng)末端。通過計算圖5中的E和H母線，得知如果相鄰饋線出現(xiàn)問題，光伏發(fā)電系統(tǒng)就會使得相鄰饋線的短路電流增加，配電網(wǎng)繼電保護的范圍就會增加，于是就會造成保護裝置的靈敏性降低，當(dāng)短路電流過大時，還將會使得相鄰饋線的保護失去選擇性。

3.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入容量不同對配電網(wǎng)繼電保護

的影響

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)電源接到配電網(wǎng)始端。當(dāng)接入容量不同時，對配電網(wǎng)機保護的影響就會存在差別。假設(shè)容量分別為1MW、2MW、3MW時，然后通過模型計算短路電流，得到如表4所示的結(jié)果。從表中可以看出，當(dāng)K2發(fā)生故障之后，與沒有接入光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，短路電流有所增加。如果是K4發(fā)生故障，與沒有接入光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，短路電流有了明顯性增加。從表中還可以看出當(dāng)接入容量不斷增加時，短路電流也不斷增加。

（2）光伏發(fā)電系統(tǒng)電源接到配電網(wǎng)中端。假設(shè)容量分別為1MW、2MW、3MW時，然后通過模型計算短路電流，得到如表5所示的結(jié)果。從表中可以看出，故障位置為K2和K5時，與沒有接入光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，短路電流有所增加，而故障位置為K4時，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入之前和之后的短路電流沒有變化。K2中存在兩個測量位置，其中保護4屬于法向電流。

（3）光伏發(fā)電系統(tǒng)電源接到配電網(wǎng)末端。假設(shè)容量分別為1MW、2MW、3MW時，然后通過模型計算短路電流，得到如表6所示的結(jié)果。從表中可以看出，當(dāng)K2發(fā)生故障之后，與沒有接入光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，短路電流有所增加，但是故障位置為K4時，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入之前和之后的短路電流沒有變化。

4 結(jié)語

綜上所述，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的利用符合當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的理念，并且也將是今后的一種發(fā)展趨勢，通過利用太陽能，從而實現(xiàn)節(jié)約不可再生資源的目的。但是分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)改變了配電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)，對配電網(wǎng)繼電保護起到了負(fù)面影響。只有通過了解這些負(fù)面影響之后，才能夠設(shè)置出解決辦法，對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)就地并網(wǎng)進行優(yōu)化，才能使之發(fā)揮更好的用處。

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