探討光伏電站并網對配電電網繼電保護的影響

張云生

摘要：指出了伴隨著工業化改革進程的不斷深入，突顯煤炭、石油、天然氣等可利用資源的減少以及人類生存環境日趨惡化的嚴重問題，為了實現可持續發展，以太陽能光伏發電為主的一大批可持續再生和各種綠色能源異軍突起。從不斷發展壯大的光伏電站并網入手，從工作實際出發，簡要探討了對配電電網繼電保護的影響，謹供各位同仁商榷。

關鍵詞：光伏電站；并網；配電電網；繼電保護

中圖分類號：TM77

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）14-0122-02

1 引言

清潔、廉價、可再生是太陽能所獨有的特性，因此太陽能成為了當今世界最具潛力、適合大規模開發利用的能源。隨著太陽能光伏電站技術的不斷成熟，太陽能光伏電站并網也就成了太陽能利用和發展的主要方向和趨勢。但是，伴隨大量不同容量的光伏電站并入電網，改變了原有電網的結構，勢必會對原有電力系統產生影響。

2 光伏電站并網發電的基本工作原理

利用太陽能組件接收太陽光能量產生直流電，通過逆變器和匯流箱的組合，把直流電轉變為交流電，再通過變配電設備設施后，將其并入合適電壓的電網。當然，還可以不通過變配電設備設施直接給負荷供電，配合裝有蓄電池組用于儲存多余的電能，待光伏組件不能提供電能時，由蓄電池組通過逆變器向負荷提供電能，這樣的方式稱之為獨立光伏電站。筆者研討的是光伏電站并網發電方式。

3 光伏電站并網發電的特點及發展

光伏電站具有容量可大可小、易于分散、布置靈活多變、建成后運維工作量小、易實現自動控制、不消耗煤炭、石油、天然氣等不可再生能源、不產生廢氣、廢水污染環境等特點，使得其成為當今世界新型能源的突出代表，得到了廣泛的應用和發展。

容量從當初的幾瓦、幾十瓦發展到現在的10 MW、20 MW甚至更大。作為大電網、電廠集中提供電能的補充部分，光伏電站將成為新一代能源體系的重要組成部分，從而走向未來更為廣闊的發展空間。

4 光伏電站并網發電對配電電網的影響

伴隨大量不同容量的光伏電站并網發電，使得配電系統由原有的單一系統放射網絡轉變為分布有中型、小型系統的復雜網絡。系統阻抗的改變將引起系統短路電流的變化，網絡配置的增加將帶來網絡損耗、線路上潮流、系統電壓等的變化，給系統的運行帶來一列技術問題[1，2]。

5 光伏電站并網發電對配電電網繼電保護的影響

目前，配電電網的繼電保護配置大多以電流速斷和過流延時保護為主，鑒于配電線路故障多為瞬時故障的特點，與之配套裝有重合閘裝置，使得線路供電的可靠性得以相應的提高。當光伏電站并入電網后，在配電網絡側發生故障時，如若并網的光伏電站未能及時與系統解列，并網的光伏電站則會向故障點提供短路電流，因此，會對配電網絡的相關保護產生影響。

保護裝置安裝在光伏電站并入點與系統之間時，故障點也發生在此區域，流過保護裝置的電流會大幅增加，提高了電流保護的靈敏度；而當故障點接近光伏電站并入點時，影響最大，甚至可能超過電流速斷保護整定值而發生保護誤動；故障點發生在光伏電站并入點與系統之后時，同樣流過保護裝置的電流會大幅增加，提高了電流保護的靈敏度，而且保護裝置的安裝位置距離光伏電站并入點越近，這種影響就越大。

保護裝置安裝在光伏電站并入點與系統之后時，故障點發生在光伏電站并入點與系統之間，或故障點發生在光伏電站并入點與系統之后保護安裝位置之前時，流過保護裝置的電流不會增加，對電流保護沒有影響；故障點發生在光伏電站并入點與保護安裝位置之后時，流過保護裝置的電流會大幅增加，提高了電流保護的靈敏度，而且保護裝置的安裝位置距離光伏電站并入點越近，這種影響就越大，如果此時的線路為非網絡終端，則下一級線路發生故障時可能會造成此電流保護失去選擇性，因此應進行保護的重新整定計算。

隨著光伏電站容量的從小到大，對光伏電站并入點與系統之間的短路電流會逐步減少，對此段的保護影響減少；而對并入點后部的保護裝置提供的短路電流會逐步增大，加大了電流速斷保護的保護范圍，當光伏電站的容量增加達到一定數值，可以使得電流速斷保護范圍延伸到下一段線路而發生誤動作，因此應該重新進行保護定值計算，提高靈敏度，防止保護誤動。

在光伏電站并入電網后，配電網絡保護動作跳閘，若光伏電站未與系統解列，就形成了只有光伏電站供電的孤島運行方式。此方式下光伏電站雖然可以運行，但其電壓、功率等參數已發生了變化，此時進行跳閘線路的重合閘則很容易發生非同期合閘，在光伏電站和系統電源之間產生較大的沖擊電流或電壓，致使保護裝置誤動，從而失去了重合閘裝置提高供電可靠性的重要作用；當配電網絡因故障而失去系統電源時，未從系統解列的光伏電站會繼續向故障點提供電流阻礙了故障點電弧的熄滅，此時進行重合閘，引起故障點持續電弧，可能導致原本的瞬時故障變為永久性故障。在光伏電站側裝設檢同期并網裝置，系統側裝設無壓檢測裝置，實現準同期合閘，避免發生非同期重合閘，同時在光伏電站側裝設低頻率、低電壓解列裝置，在光伏電站未與系統解列孤島運行時停止向故障點提供短路電流，瞬時故障點的電弧得以熄滅，保證重合閘動作成功，提高配電電網的供電可靠性。

6 結語

光伏電站并網是新興的技術，必須對電站并入電網的容量和并入位置經過合理規劃和設計，并進行合理的設備選型，在并網時間和技術約束條件得到滿足的前提下，提高電力系統電網的運行可靠性，充分發揮光伏電站的環保和經濟優勢。筆者從實際工作出發，簡要闡述了光伏電站的基本工作原理、特點、發展方向以及對配電網絡繼電保護的影響，但由于水平有限，定會有不當之處，歡迎各位同仁批評指正。

參考文獻：

[1]石振剛.并網光伏發電系統對配電網影響的研究[D].北京：華北電力大學，2011.

[2]石振剛，王曉蔚，趙書強.并網光伏發電系統對配電網線路保護的影響[J].華東電力，2010，38（9）：1405～1408.