光伏電站并網聯絡線重合閘配合方式研究

陽 康

光伏電站并網聯絡線重合閘配合方式研究

陽 康

針對光伏電站并網聯絡線發生故障時光伏電站側保護重合閘很少動作成功這一問題，本文根據光伏電站的控制方式和孤島效應，分析了光伏電站側保護重合閘采用“檢同期”方式難以動作成功的原因，以此提出了一種光伏電站并網聯絡線重合閘配合方式，該方式對提高光伏電站并網聯絡線的供電可靠性具有重要意義。

根據DL/T 584-95《3 kV～110 kV 電網繼電保護裝置運行整定規程》，對于雙側電源線路的重合閘配合方式，原則上大電源側采用“檢線路無壓”的方式，小電源側采用“檢同期”方式，這種配合方式可以防止對小電源造成非同期沖擊，在現場得到廣泛應用。當光伏電站并網聯絡線采用該方式時，光伏電站側重合閘卻往往難以成功。針對該問題，根據光伏電站的控制方式和孤島效應，對光伏電站側重合閘采用“檢同期”方式難以動作成功的原因進行分析，以此提出光伏電站并網聯絡線重合閘的配合方式，以保障光伏電站并網聯絡線供電可靠性。

基本理論

光伏電池的最大功率跟蹤

光伏電池的利用率不僅與光伏電池的內部特性有關，還與輻照度、溫度和負載等外部因素有關。圖1為輻照度不同（溫度相同）條件下光伏電池P-U特性圖，該圖呈現出典型的類拋物線特征，溫度不相同（輻照度相同）條件下光伏電池P-U特性圖也呈現出類似特征，由此可知光伏電池可運行在不同且唯一的最大功率點上。為了盡可能的提高光伏電池的利用率，需實時地跟蹤光伏電池的最大功率點，具體可以采用擾動觀測法和電導增量法等方法實現，其中擾動觀測法思想相對簡單，容易理解：首先擾動光伏電池的輸出電壓，然后觀測光伏電池輸出功率的變化，根據功率變化的趨勢連續改變擾動電壓方向，使光伏電池最終工作于最大功率點。

光伏電站的孤島效應

圖2是并網光伏發電系統的功率流圖，該光伏發電系統通過變壓器和聯絡線并入電網，P、Q為光伏發電系統輸出的有功和無功，PLoad、QLoad為負載需求的有功和無功，ΔP、ΔQ為電網向負載提供的有功和無功。

根據能量守恒定律，PCC（Point of Common Coupling）處的功率符合如下規律：

當電網斷開時，光伏發電系統與負荷有功功率、無功功率不平衡將導致系統電壓和頻率的變化。將系統負載等效為并聯RLC負載，則系統頻率和電壓將按照如下規律變化。

圖1　輻照度不同（溫度相同）條件下P－U特性圖

圖2　并網光伏電站的功率流圖

原因分析及配合方式

實際運行的光伏電站，其逆變器往往配備被動式反孤島保護功能，即過/欠電壓、過/欠頻率反孤島保護。另外，光伏電站的控制方式與常規能源有較大的差異，一般有功功率采用最大功率跟蹤控制，無功功率采用單位功率因數控制。當光伏電站采用這種控制方式，孤島運行時光伏電站和負荷很難保持有功、無功平衡，絕大多數情況下孤島保護會動作，具體如下：

（1）無功功率不平衡。根據式（2），無功差額將使系統頻率發生偏移，當頻率超出允許范圍時，光伏電站過/欠頻率反孤島保護將動作；

（2）有功功率不平衡。根據式（3），有功差額將使系統電壓發生偏移，當電壓超出允許范圍時，光伏電站過/欠電壓反孤島保護將動作。

因此，光伏電站并網聯絡線發生瞬時性故障，兩側開關跳閘后，光伏電站由于過/欠電壓、過/欠頻率孤島保護退出運行的概率很高，由于背側電源退網運行，光伏電站側重合閘“檢同期”不會成功，重合閘也不會成功。

綜上所述，當光伏電站并網聯絡線發生瞬時性故障時，從故障發生到光伏電站側重合閘動作前，光伏電站退網運行的概率遠大于并網運行的概率，因此聯絡線重合閘配合方式應按照光伏電站退網運行的情況來考慮，并確保孤島現象發生時不會對光伏電站造成非同期沖擊，應采取的重合閘配合方式如下。

（1）對于采用單回聯絡線并網的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢母線無壓線路有壓”。當發生瞬時性故障聯絡線兩側開關跳閘后，系統側檢測“線路無壓”而重合成功，光伏電站側檢測到聯絡線恢復送電“線路有壓”，而背側檢測到光伏電站退出運行“母線無壓”也將重合成功。

（2）對于采用雙回聯絡線并網的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢同期轉檢母線無壓線路有壓”。當發生瞬時性故障聯絡線兩側開關跳閘后，另外一條線路仍然并網運行，光伏電站側檢測“同期”能重合成功；當另外一條聯絡線退網運行，類似單回聯絡線重合閘可以采用“檢母線無壓線路有壓”的方式。

當光伏電站發生概率極低的孤島運行時，光伏電站側檢測到光伏電站仍并網運行“母線有壓”重合閘將不會動作，重合閘過程中不會對光伏電站造成非同期沖擊。

本文根據光伏電站的控制方式和孤島效應，分析了光伏電站側保護重合閘采用“檢同期”方式難以動作成功的原因，在此基礎上提出了一種光伏電站并網聯絡線重合閘的配合方式：對于采用單回聯絡線并網的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢母線無壓線路有壓”；對于采用雙回聯絡線并網的光伏電站，可將該側重合閘方式由“檢同期”改為“檢同期轉檢母線無壓線路有壓”。實際運行效果表明，采用該方式可以提高供電可靠性。

結語

陽 康

國網湖北省電力公司潛江市供電公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.006