光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響及對(duì)策研究

王有慶　范義　蔚文鑫

摘 要：文章首先介紹了傳統(tǒng)配電網(wǎng)及光伏發(fā)電并網(wǎng)位置問題；然后對(duì)光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行了闡述，分別針對(duì)電流保護(hù)和重合閘的影響，對(duì)熔斷器重合器及分段器的影響等多個(gè)方面進(jìn)行了闡述。文章采用的保護(hù)方案為允許孤島運(yùn)行，需要考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)并入配電網(wǎng)后對(duì)繼電保護(hù)的影響，文中也提出了相關(guān)的保護(hù)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電并網(wǎng)；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)；影響；對(duì)策

1 概述

全世界范圍內(nèi)都在大力發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)，發(fā)展迅猛。光伏發(fā)電系統(tǒng)中多分布式光伏電源并網(wǎng)成為發(fā)展潮流時(shí)，并網(wǎng)配電網(wǎng)引起的繼電保護(hù)問題也就越來越多，對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響也就越來越嚴(yán)重，這帶來的問題和挑戰(zhàn)值得電力工作者重新審視光伏并網(wǎng)問題。高容量大規(guī)模的光伏發(fā)電電源涉網(wǎng)后必定會(huì)影響潮流分布，改變配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而原有配電網(wǎng)的繼電保護(hù)問題是基于單電源輻射型結(jié)構(gòu)的保護(hù)進(jìn)行整定，可見，光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)問題是電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行維護(hù)人員需要重大考慮的一大問題，值得科技工作者進(jìn)行相關(guān)的研究。

2 傳統(tǒng)配電網(wǎng)及光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)位置

2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)概述

按照高、中、低壓三個(gè)等級(jí)可以分類配電網(wǎng)的電壓等級(jí)，低壓配電網(wǎng)（220～380V），中壓配電網(wǎng)（6kV～l0kV）和高壓配電網(wǎng)（35kV～110kV）。目前，主要集中于饋線對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)整定。我國(guó)配電網(wǎng)目前保護(hù)配置原則還是針對(duì)以單電源輻射網(wǎng)絡(luò)為主，按照其恒定的潮流方向情況而設(shè)計(jì)。采用和其它保護(hù)相配合三段式電流保護(hù)來針對(duì)非終端線路。以時(shí)間整定的形式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的選擇性進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全線路保護(hù)。為照顧到經(jīng)濟(jì)性，電流保護(hù)廣泛的應(yīng)用于傳統(tǒng)的饋線保護(hù)，通常采用反時(shí)限過電流保護(hù)來盡快切除靠近系統(tǒng)電源端的故障。對(duì)于一般采用定時(shí)限過電流保護(hù)和瞬時(shí)電流速斷保護(hù)來簡(jiǎn)化保護(hù)配置直接向用戶供電的饋線。瞬時(shí)電流速斷保護(hù)整定方便、配合靈活、價(jià)格便宜，按饋線末端短路有足夠靈敏度原則整定以保護(hù)全線。但有時(shí)難以達(dá)標(biāo)其動(dòng)作定值、靈敏度及保護(hù)范圍，且其受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響較大。一些系統(tǒng)運(yùn)行方式變化率高的饋線和重要的電纜線路大多選擇使用距離保護(hù)。保證在非全電纜線路其發(fā)生瞬時(shí)故障時(shí)快速恢復(fù)供電應(yīng)配置三相一次重合閘，大多是永久性故障電纜線路對(duì)于自動(dòng)重合閘裝置來說是不適用的。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)位置問題

目前并入電網(wǎng)的光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)的位置有兩種情況：一種是光伏系統(tǒng)直接與電網(wǎng)的低壓母線連接，可能出現(xiàn)兩種情況針對(duì)接入方式：（1）所帶負(fù)荷較大的該低壓母線，本地負(fù)荷由正常運(yùn)行時(shí)PV和系統(tǒng)一起供電；（2）所帶負(fù)荷小的該低壓母線，正常運(yùn)行時(shí)PV向低壓母線負(fù)荷和系統(tǒng)同時(shí)提供電能。為減少了低壓母線所帶負(fù)荷從系統(tǒng)的涉及容量來提PV。另一種是光伏系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)一起對(duì)負(fù)荷供電。從高壓母線側(cè)接入經(jīng)變壓器。

3 光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

3.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電流保護(hù)和重合閘的影響

三相短路的故障一般最為嚴(yán)重，此情況對(duì)配電網(wǎng)的影響也更大，故分析系統(tǒng)涉網(wǎng)嚴(yán)重情況，在系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)的情況來定義并網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)安全界限。光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)問題除了針對(duì)電流保護(hù)之外，配置有重合閘前加速和后加速以及保護(hù)電流的電配網(wǎng)，也由此產(chǎn)生自動(dòng)重合閘問題，當(dāng)光伏系統(tǒng)發(fā)電電源與并網(wǎng)系統(tǒng)電源之間聯(lián)接線發(fā)生故障導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作后，在自動(dòng)重合閘重合之前，并網(wǎng)電網(wǎng)仍然與光伏電源聯(lián)絡(luò)在一起，光伏電源沒有解列，光伏電源就會(huì)繼續(xù)加大故障點(diǎn)的故障電流，因?yàn)槠淅^續(xù)向故障點(diǎn)供電，并且會(huì)導(dǎo)致電弧無法熄滅，并且重合閘重合會(huì)使故障點(diǎn)電弧階躍重燃，甚至無法熄滅，使臨時(shí)性故障轉(zhuǎn)變成永久性故障，造成巨大損失。退一步講，發(fā)生非同期合閘的可能性還是有的，原因是重合閘動(dòng)作前的這段時(shí)間即使故障點(diǎn)沒有使介質(zhì)絕緣徹底損壞，也可能會(huì)對(duì)配網(wǎng)和光伏電源造成破壞和沖擊，因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)并網(wǎng)并未解列。

3.2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)熔斷器重合器及分段器的影響

廣泛應(yīng)用于配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和用電設(shè)備中的熔斷器是一種具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和操作方便等優(yōu)點(diǎn)的電流保護(hù)器。反時(shí)限特性的熔斷器電流大則熔斷時(shí)間短，電流小則熔斷時(shí)間長(zhǎng)。經(jīng)常采用應(yīng)用于饋線自動(dòng)化重合器和分段器配合的方案中。能并在整定時(shí)間內(nèi)動(dòng)作檢測(cè)故障電流跳閘。常使用在配電網(wǎng)自動(dòng)化中的智能化開關(guān)設(shè)備之一重合器具有控制和保護(hù)功能。

為防止事故擴(kuò)大，通常第一、二次被整定為快速分閘，可以被預(yù)先整定重合器的動(dòng)作程序指分閘動(dòng)作快速，以消除瞬時(shí)故障。重合器后面幾次動(dòng)作都帶有時(shí)限，以便和分段器進(jìn)行配合。分段器開關(guān)設(shè)備在失壓或無電流情況下是可以自動(dòng)分閘的。有電壓——時(shí)間式、過電流脈沖計(jì)數(shù)型這兩大類。它在配電網(wǎng)中用于隔離線路區(qū)段。

4 光伏發(fā)電并網(wǎng)配電網(wǎng)保護(hù)對(duì)策

4.1 針對(duì)孤島運(yùn)行的保護(hù)方案概述

光伏發(fā)電涉網(wǎng)系統(tǒng)后，可能會(huì)破壞原有保護(hù)之間的配合，導(dǎo)致無法正常動(dòng)作。對(duì)于配電網(wǎng)的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置，現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)方案是在對(duì)于發(fā)生故障的配電網(wǎng)，采取相關(guān)處理對(duì)涉及電網(wǎng)的光伏電源，處理方案有兩大方面：當(dāng)并網(wǎng)的配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)孤島運(yùn)行和有計(jì)劃的孤島運(yùn)行。將從電網(wǎng)解列或者由反孤島保護(hù)光伏電源就在保護(hù)動(dòng)作之前將光伏電源退出電網(wǎng)在保護(hù)動(dòng)作之后。

4.2 保護(hù)對(duì)策的研究

文章采用允許孤島運(yùn)行的保護(hù)方案。這樣做的目的就是為了更好的實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)實(shí)施方案。依據(jù)前面概述及分析針對(duì)孤島運(yùn)行的保護(hù)方案，考慮導(dǎo)致配電網(wǎng)的保護(hù)方案及光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)方案都有哪些影響。為實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)措施，介紹一些可以應(yīng)用的保護(hù)方案。

依托通信系統(tǒng)的保護(hù)方案；微電網(wǎng)條件下的保護(hù)方案；基于廣域測(cè)量系統(tǒng)的保護(hù)方案。從以下幾個(gè)方面可以進(jìn)行研究?；谥睾祥l前加速和電流保護(hù)配合的保護(hù)方案的改進(jìn)；改進(jìn)基于重合閘后加速配合電流保護(hù)的保護(hù)方案；改進(jìn)對(duì)配置熔斷器保護(hù)方案；改進(jìn)對(duì)重合器和電壓一時(shí)間式分段器配合原則；改進(jìn)對(duì)距離保護(hù)；改進(jìn)對(duì)反時(shí)限過電流保護(hù)；研究基于縱聯(lián)保護(hù)的方案。

針對(duì)目前主流的保護(hù)方案，主要包括提出了以廣域測(cè)量系統(tǒng)為基礎(chǔ)的保護(hù)方案，依靠通訊系統(tǒng)和以微電網(wǎng)為條件的保護(hù)。之后改進(jìn)現(xiàn)有配電網(wǎng)原有保護(hù)配置。分類概述方法是依據(jù)將含有光伏電源的配電網(wǎng)的保護(hù)方案是否允許孤島運(yùn)行，孤島的形成模式以及事先解列點(diǎn)的選擇方式進(jìn)行描述。

綜上，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)位置處加裝每條饋線保護(hù)的方向元件，使保護(hù)具有選擇性，在靠近電源側(cè)首端保護(hù)。保護(hù)當(dāng)線路發(fā)生故障動(dòng)作跳閘后，光伏系統(tǒng)和系統(tǒng)電源斷開電氣聯(lián)系的從電網(wǎng)退出運(yùn)行。準(zhǔn)確定位故障區(qū)位通過廣域測(cè)量系統(tǒng)收集多點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作信息，防止保護(hù)誤動(dòng)。以減少停電范圍，提高供電可靠性為目標(biāo)，如果是永久性故障發(fā)生，則故障點(diǎn)下游的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)以短時(shí)間斷供電模式形成孤島，帶部分負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

文章通過分析光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)技術(shù)在配電網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了大容量高配比的光伏電源并網(wǎng)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)裝置和電網(wǎng)的安全自動(dòng)化裝置帶來的影響。如光伏電源并網(wǎng)配電網(wǎng)后給電流保護(hù)與重合閘、熔斷器、重合器與分段器、距離保護(hù)以及反時(shí)限過流保護(hù)所造成的不利影響。文中所述，對(duì)光伏涉網(wǎng)保護(hù)方案論述允許采用孤島運(yùn)行方案，建議考慮并網(wǎng)錢光伏發(fā)電與欲接入配電網(wǎng)需要容量的配比關(guān)系，進(jìn)一步的提出了相關(guān)的保護(hù)對(duì)策。

參考文獻(xiàn)

[1]陳潔.光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響及對(duì)策[D].山東理工大學(xué)，2012.

作者簡(jiǎn)介：王有慶（1976-），男，漢族，甘肅省張掖市人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化，從事供電公司電網(wǎng)檢修工作。