光伏電站繼電保護配置探討

韋超

（南方電網綜合能源（云南）有限責任公司云南昆明650200）

光伏電站繼電保護配置探討

韋超

（南方電網綜合能源（云南）有限責任公司云南昆明650200）

光伏發電作為太陽最重要的發電形式，在能源充分利用的基礎上，使光伏發電技術和光伏產業迅速發展。為了保障光伏電站的運行安全，繼電保護裝置起到重要的作用。所以本文首先在分析光伏電站并網運行的基礎上，探究光伏電站繼電保護配置的標準，具體分析光伏電站幾點保護配置，以更好的促進光伏電站的安全運行。

光伏電站；繼電保護；保護裝置

太陽能在大氣圈外時到達地球上的光照強度可以達到1.38kW/m2。我國地大物博，太陽能資源十分豐富，全國將近2/3的土地，每年的日照總量可以超過2000h，所以說我國發展太陽能產業有著巨大的優勢。而光伏電站為太陽能的發電提供了重要的技術支持。大型光伏電站的建設，是我國發展清潔新能源的重要戰略路徑。光伏電站的容量不大，所以當前光伏電站的建設實行的是并網運行的策略。并網運行的發展使接入配電網的光伏電站的數量逐步增加，促使配電網有原本的放射形式轉變成多電源的形式，這種轉變方式給光伏電站配電系統造成壓力，為了保證光伏電站的運行安全，通常最有效的方式就是安裝繼電保護配置，以促進光伏電站的整體發展。

1 光伏電站并網系統概括

對于一般的大型光伏電站而言，通常由5部分共同組成（如圖1），首先是光伏電池，光伏電池在電站中居于中心位置，通過光照吸收太陽能，并轉化成電能。在光伏電站中，由于單個光伏電池的電容較小，在應用時多為多個電池排列運行，用戶會根據光伏電站的要求，選擇不同的光伏電池板，然后通過光伏陣列，將各個電池板陣列的電能集中起來，接入變換器；之后是DC/DC變換器和DC/AC逆變器，可以將直流電轉化成交流電，實現光伏電站的并網控制。變換器的作用是穩定逆變器的側電壓，可以為用戶提供直流的發電支持；然后是濾波器，可以有效的控制諧波電流，然后通過升壓變壓器接入電網。

圖1 光伏電源并網系統

2 光伏電站繼電保護必備配置

在新能源快速應用發展的今天，光伏電能有著強大的發展潛力，光伏電站的安全運行，也是保持電網穩定運作的重要影響因素。電站保護配置的應用必不可少，像逆變器的防孤島保護，對光伏逆變器的防孤島效應進行檢測，防孤島保護，當電網斷電時并網的逆變器會立即停止發電；靜止無功發生裝置，該裝置的應用經過電抗器并聯于電網，通過調節橋式電路交流側來輸出電壓，可以有效的控制直流逆變到交流上的電壓值，保持系統的穩定運行。

而低電壓穿越功能的運用更加促進了光伏電站繼電保護系統的穩定發展，當發電機的電壓降到了一定值時可以使電網不脫離并持續運行，甚至還可以為電網提供一定的無功系統自動恢復的能力，以減少電機組故障反復并網對電網的沖擊。所以說低電壓穿越和防孤島保護兩種功能存在一定的矛盾性，兩者是否同時選取，要根據電站的具體運作規模和模式進行選擇。如小型光伏電站，電網容量較小，在電網出現故障時，應立即保護，因此可以選擇防孤島保護裝置；大型光伏電站，逆變器在電網中所占的比例較大，當出現故障時會對電網的穩定性產生重大的影響，所以應該低電壓穿越功能。

3 繼電保護配置策略

3.1 110kV繼電保護配置

光伏電站一般會根據地區位置、裝機規模等因素，選擇不同的電壓等級，一般的光伏電站所選的電壓等級為110kV或者220kV。選擇較多的則是110kV母線。為了更好的對110kV母線進行保護，一般要對母線進行差動保護配置，以保證光伏電網的穩定和安全，可以對110kV母線配置低周低壓解列繼電保護裝置，主要的作用是當系統出現故障時，會及時的與故障斷開，保障系統的運行安全。此外還需要對主變壓器設置可以反映不同線路故障的保護裝置。光伏電站的繼電保護應該根據國家出臺的《繼電保護和安全自動裝置技術規程》進行配置。如：①縱聯差動保護。在變壓器或者其引出線發生短路的故障時，可以對其起到主要保護的作用，當線路勵磁通流和短路線路產生相互不平衡的電流時，縱聯差動保護所需要具備的能力就是可以對其進行躲避；②零序電流保護。零序電流保護可以對單項接地的110kV線路進行故障保護，主要的作用是當主變壓器兩側出現短路或者其它故障時，可以延動作于跳閘的產生；③主變過負荷。主要作用是黨變壓器出現過負荷的故障時，主變過負荷裝置會發出故障警報的信號；④主變壓力保護。該配置的主要作用是，當主變壓器兩側出現故障時，會瞬時對其進行保護跳閘；⑤溫度保護。顧名思義，就是當線路溫度超度規定值時，會動作于使主變壓器兩側跳閘斷開。

3.2 35kV繼電保護配置

35kV繼電保護配置的作用是保護母線的線路靈敏度，進一步簡化與35kV母線相互配合的各個元件，應該對35kV母線配置母差保護。應該配置：①電流速斷保護。即如果35kV母線出現短路時會保護電流的整定，電流速斷保護會根據電流的整定值，進行裝置保護動作，選擇斷路器跳閘，通常情況下電流速斷保護沒有時限，存在一定的保護死區，所以要根據不同的光伏線路進行設置；②過電流保護。所謂的過電流保護就是當母線的電流超過規定的最大值時，使保護裝置進行動作的一種線路保護形式。即當被保護的線路中流過的電流超多預先整定數值時，就會啟動保護裝置，動作斷路器跳閘并發出警報信號；③單相接地保護。目的是快速的切除35kV線路的單相故障。除此之外對35kV保護時應該與箱變保護的全范圍熔斷器的熔斷曲線進行配合。設置無功補償裝置，該裝置的目的是改善電能質量，主要作用是無功補償、降低電壓波動和閃變以及抑制諧波。需要在無功補償裝置的電源側設置電流速斷、接地保護等保護配置，作為SVG（靜止無功功率發生裝置）的變壓器后備保護配置。根據規定，通常情況下，應該110kV以下的光伏電站應該按主變流量15～25%的電容補償量進行配置。

3.3 光伏電源接入系統和自動保護配置

光伏配電系統的繼電保護應該具備兩個重要功能，意識當故障出現時尅瞬時的隔離故障點，防止繼電系統故障進一步惡化；其二是發生故障時可以發出警報和跳閘，延遲動作。通常情況下我國繼電保護分為電流速斷、限時電流速斷、限過電流保護三段式的電流保護。當前為了更好的保障繼電系統的運行，通常設置自動重合閘裝置（AAR），當繼電系統發生短暫性的故障時，供電保護會系統就會自動的開啟重合閘保護對負載的電量進行持續的供給。重合閘在配置時，應該保障一次重合閘就要成功，保障斷路器在斷電后有足夠的實踐去熄滅電弧，將重合閘的時間限制在系統的一端并可以適時的延長，保障光伏發電系統有足夠的時間跳出重合閘時間內，在非合閘時，應該注意保障電器線路處于無電壓的狀態，以減少對電網的沖擊。

3.4 光伏陣列區保護配置

為了使光伏發電系統得到最大的發電功率，通常會根據不同光伏電站的位置、太陽能資源條件，將太陽能光伏的支架朝向一定的方位，從支架設置的仰角、偏角、遮擋的躲避、逆變器容量是否匹配等方面進行考慮，綜合得出的將光伏發電系統發電功率升至最大的排布方式就是光伏陣列。光伏電站為了有效的對光伏陣列的故障進行隔離，也為了避免在接線時出現誤差或其它原因所導致局部故障而形成過流故障，一般在光伏陣列區會利用熔斷器和斷路器對其進行保護。

光伏陣列區的箱變保護，采用的是變壓器保護用全范圍熔斷器，熔斷器作為箱變短路或者過載故障的保護裝置，在進行熔斷器配置時需要與變壓器的容量相互配合（如表1），也就是說當變壓器出現故障時，熔斷器熔斷，由于不同線路的變壓器容量不同，所選擇的熔斷器的類型也要有區別，通常當熔斷器熔斷后需要更換同種廠家、同種類型的熔斷器。

表1 變壓器容量與熔斷器配置

此外為了保護逆變器到箱變之間的電纜，也需要在箱變的低壓側配置斷路器，作用是當故障發生時，斷路器內智能控制器會迅速的做出動作反應實現速斷保護。通常情況下光伏電站的并網系統中存在兩種形式的逆變器，一種是電壓源型的逆變器，另一種是電流源型的逆變器，第一種逆變器由于工作效率較高，所以應用的范圍也比較廣泛。逆變器的作用就是將直流電能轉變成能夠并入到光伏電網中的交流電能。為了更好的發揮逆變器的作用，應該對其進行極性反接保護、過溫保護、過流保護等配置。

4 結語

光伏電站作為太陽能發電的重要系統，在國家新能源發展中占據重要的位置。為了保護光伏電站的穩定運行，必須對其進行合理的繼電保護配置，所以在今后光伏電站的繼電保護配置的發展應該成為光伏電站建設的重點，以更好的促進光伏電站的運營質量。

[1]劉躍.分布式光伏電站接入配電網繼電保護配置研究[J].科技創新導報，2015（3）：34.

[2]李金祥.光伏電站的繼電保護配置[C].中國電機工程學會第13屆青年學術會議論文集，2014：311～313.

[3]張哲.分布式光伏電站接入配電網繼電保護配置研究[J].城市建設理論研究（電子版），2015，5（28）：3316～3317.

TM615

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1004-7344（2016）30-0053-02

2016-10-10

韋超（1981－），男，工程師，本科，主要從事新能源分布式能源開發建設工作。