分布式光伏電源接入對備自投的影響

杜錦昉

摘 要 本文對分布式光伏電源接入對備自投的影響進行了詳細的研究，提出基于多點電壓判斷的自適應分布式電源備自投邏輯。為光伏電站繼電保護原理設計、整定以及斷路器的選擇提供了理論依據，對光伏電站繼電保護的正確動作以及電網安全運行具有重要意義。

【關鍵詞】分布式光伏 備自投 防孤島保護

備自投在電力系統中的主要作用，是保證供電系統中主供電源失去后，快速準確地切換至備用電源，保障用戶的可靠用電。而光伏發電受外界天氣條件影響較大，隨著電網控制力較差的光伏電源（Distribution Generation，簡稱DG）大規模接入，對自動化設備的配合產生了較大的影響，在一定程度降低了用戶的用電質量。

1 備自投的動作條件

以分布式光伏電源接入10kV終端變電站為例，分析分布式光伏電源接入后對備自投的影響。

1.1 進線備自投的動作條件

如圖1所示，當進線L1正常運行，進線L2備用時，10kV I母、II母均有電壓，且QF1和QF3在合位、QF2在分位，滿足備自投的充電條件，備自投經過延時充電完成。而當進線L1因故障或其他原因被斷開后，10kV I母、II母均失壓，進線L2有壓，進線L1無電流，此時備自投動作，斷開QF1，合上QF2，進線L2自動投入運行。

1.2 對備自投快速性的影響

未接入光伏電源或光伏電源接入容量小的情況下，當進線L1由于某種原因被斷開后，I母、II母失壓，備自投裝置應迅速啟動，斷開QF1，合上QF2，恢復對用戶的供電。此時整個配電網有比較強的消納能力，當電網電源失去后，由于光伏電源發電功率較小，即使不對其采取任何控制措施，也不影響備自投的整體動作過程。

接入光伏電源超出一定容量后，當進線L1由于某種原因被斷開后，I母、II母失壓，備自投裝置應迅速動作。但由于光伏電源的存在，當母線與主網斷開后，光伏電源、I母、II母將形成短時局部孤島，導致母線仍有電壓，不滿足備自投啟動條件，備自投無法動作。而DG機組的容量也不足以滿足全站負荷功率，隨著失去進線L1主網電源后，DG機組也將失去穩定性，DG機組電壓下降，當電壓降低到一定程度，滿足備自投無壓啟動條件，備自投方可啟動，斷開QF1，合上QF2。

若緩慢下降的10kV母線電壓無法下降到備自投裝置的母線無壓檢定條件，備自投將無法動作，最終導致全站欠壓運行。

綜上分析可知，光伏電源的接入導致備自投的動作時間增長，引發不可控情況，直接影響備自投裝置的快速動作，需著重考慮并網電源的切除與備自投動作的時限配合問題。

1.3 對備自投合閘的影響

1.3.1 線路L1不具備重合閘功能

假設運行線路L1發生故障，根據繼電保護的選擇性，線路L1保護動作跳開QF1，10kV I母、II母失壓。備自投裝置應迅速啟動，跟跳QF1，合上QF2，恢復對用戶的供電。如2.2所介紹，備自投由于光伏電源的接入會延長動作時間，與此同時，備自投合備用電源時，光伏電源仍掛網運行，備用電源與光伏電源之間將產生非同期合閘問題，對變電站和光伏電源機組產生沖擊和破壞。

1.3.2 線路L1具備重合閘功能

假設運行線路L1發生故障，線路L1保護動作后經延時進行重合，如果投重合閘不檢，因為孤島的存在及其未知性，可能對電力系統及孤島內設備造成損害和沖擊。如果進行重合閘檢同期或檢無壓，則由于孤島的存在重合閘無法成功。同樣會延長備自投動作時間，影響供電質量。

2 基于多點電壓判斷的自適應分布式電源備自投邏輯

由上述分析可知，由于分布式光伏電源的影響，可能會導致備自投動作失敗，降低供電可靠性。為了減少對備自投造成的不良影響，保證主供電源故障時快速恢復供電，可采集進線電壓、光伏電源電壓、母線電壓，通過多點電壓進行備自投邏輯處理，預判定孤島的發生。一方面閉鎖備自投動作，等待防孤島保護延時切除光伏電源，使備自投滿足動作邏輯，另一方面可以自適應處理當前邏輯狀態，適時的跳開光伏電源。

根據圖2可知，在進線電源失電以后，光伏電源繼續供電，形成孤島系統。此時備自投閉鎖，當防孤島保護經T1時限延時動作，斷開光伏小電源與電網的聯接后，10kV備自投才滿足母線無壓條件，備自投啟動執行動作邏輯。針對運行線路是否投入重合閘功能及線路故障類型所產生的不同情況，分析如下。

（1）運行線路不投入重合閘功能，進線1在0時刻發生故障導致線路失壓，此時，光伏電源形成孤島系統，備自投閉鎖。防孤島保護經T1時限動作后，備自投啟動執行動作邏輯，于T3時刻跳開1QF，T4時刻合上2QF恢復變電站對用戶供電。

（2）運行線路投入重合閘功能，進線1在0時刻發生瞬時性故障導致線路失壓，此時，光伏電源形成孤島系統，備自投閉鎖。防孤島保護經T1時限動作，T2時刻重合閘成功，備自投動作返回，變電站負荷繼續由線路L1接帶。

（3）運行線路投入重合閘功能，進線1在0時刻發生故障導致線路失壓，此時，光伏電源形成孤島系統，備自投閉鎖。防孤島保護經T1延時動作，T2時刻保護重合閘動作，但由于線路為永久性故障，保護再次跳開斷路器。此時備自投閉鎖時間到，檢測到母線、光伏電源仍有壓。T3時刻備自投跳1QF同時聯切光伏電源，T4時刻備自投動作合上2QF，變電站恢復供電。

結合上述分析，建議線路重合閘的時限應大于防孤島保護動作T1時限。備投閉鎖時間設定為T3，T3時間需大于防孤島時間T1和重合時間T2。光伏電源恢復T5（T5>T4）后，如果10kV母線系統電壓和運行頻率穩定，光伏小電源可以恢復并網，根據國家光伏電站接入電網規定，恢復時間建議設定為20S。

3 結論

光伏電源的接入會造成一些不可控的情況發生，影響備自投裝置的快速、可靠動作。在遇到需要合閘的情況時，如果進行檢同期或檢無壓，則由于光伏孤島的存在將導致重合不成功，延長備自投動作時間，降低供電質量，在電網的實際運行中，需著重考慮并網電源的切除與備自投動作的時限配合問題。

參考文獻

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作者單位

內蒙古巴彥淖爾電業局 內蒙古自治區巴彥淖爾市 015000endprint