電網并網管理及措施分析

王先鑫

摘要：光伏發電裝機容量系統占比逐年加大，光伏發電受天氣影響較大、隨機性較強，給配電網繼電保護配置帶來了新問題。隨著科技水平的提高和理論創新，以及基于方向元件等保護技術的運用，光伏發電對配電網繼電保護的影響逐漸降低，運行可靠性不斷提高。

關鍵詞：分布式光伏電源；配電網；繼電保護；影響研究

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A

引言

光伏電源通過配電網并網發電，并網后的配電網會發生結構變化，造成電網中的潮流分布和短路電流發生改變，進而影響線路中繼電保護設備的正常運行。本文研究了光伏電源接入后對線路中繼電保護所產生的影響，進而就提升分布式光伏發電對配電網繼電保護。

1、分布式光伏發電與配電網連接

PV系統多分布在農村或山區，我國非城鎮地區配電網拓撲結構大多為單電源輻射狀，UN為10kV或35kV，采用三段式電流保護作為配電網饋電線路保護。PV系統作為獨立電源，分為離網光伏發電、并網光伏發電和多能微網發電3種形式，與配電網的連接如圖1所示。

2、分布式光伏發電對配電網繼電保護的影響

2.1配電網潮流分布變化

PV系統并入配電網后改變了原放射狀配電網的拓撲結構，將單電源供電網絡變為雙電源或多電源供電網絡。圖2（a）所示的放射狀配電網穩定運行時，網絡潮流分布沿著電源從始端A流向末端B。圖2（b）所示的接入PV系統后，配電網有兩個電源A和B，變為雙電源結構，網絡有功和無功的潮流分布點均發生變化，且隨PV系統投入容量、負荷性質和大小、無功補償裝置投入容量等不同而出現位置不確定的情況。

2.2配電網電壓變化

正常運行時，放射狀配電網的電壓是沿著饋電線路潮流方向逐漸降低的。PV系統接入配電網后，饋電線路上傳輸的功率減少，而PV系統又支持無功功率的輸出，因此導致一些負荷節點的電壓被抬高甚至超標。建立了IEEE13節點的配電網仿真模型，發現要想有效控制因PV系統接入配電網而抬高的系統節點電壓，使其能在規程規定的范圍內，就必須確定配電網的接納能力，限制PV系統的最大準入容量。

2.3配電網繼電保護變化

我國放射狀配電網上的故障80%是瞬時性故障，通常采用三段式電流保護無需設置方向元件即可有效地保護線路全長。PV系統接入配電網后，網絡潮流方向變復雜，功率分點不確定性增加，致使原網絡配置的繼電保護受到影響，具體表現為保護誤動作、重合閘不成功、保護范圍縮小等。深入研究了PV系統接入配電網的路徑位置和光伏發電裝機總量對放射狀配電網三段式電流保護選擇性和靈敏性的影響。如圖3所示，在E節點接入PV系統。當f5處出現短路故障后，根據繼電保護選擇性原理切除故障的是保護裝置R5，流過R5的故障電流分別來自配電網電源和PV系統，較接入PV系統前電流值增大，提高了保護裝置R5的靈敏性。當PV系統相鄰的饋電線路AB在f5處發生故障，流過保護裝置的故障電流包含配電系統電源和PV系統兩部分，提高了保護裝置R1的靈敏度。但是，在此過程中PV系統向保護裝置R3和R4提供反向故障電流，因R3和R4不具備方向性，當故障電流達到整定值后就會出現誤動作的情況。

3、并網保護配置

3.1系統側保護配置

在設置故障解決保護配置時，應以母線段為基本單元，既有高低壓、高低頻的保護設施，又有連接斷路器。在電路連接方面需要設置電流保護設施，以確保對定向元件進行倒換處理，經驗證如果不能防止反向故障則需要將其阻斷。在配電側保護方面，必須保證三相一次重合閘也能充分發揮自身的作用。在時間上，必須保證時間小于電站切除的最長周期，具有同步和無電壓檢測功能。這是因為當采用非同步封閉處理方式時，會造成嚴重的危害影響巨大，需要避免此類問題。在節點位置方面，在斷路器的實際配置中，要按照有關規定，做好應用適當方法的工作，即調查光伏分布式發電的容量，然后進行配置處置。斷路器保護應能采用常規線路，在保證重合閘功能的基礎上做好線路的無電壓檢測和處理。

3.2并網斷路器保護

并網斷路器應配置過流保護和速斷保護，以及過流保護、定向過流保護和光纖差動保護。同時，必須保證分布式光伏發電廠能夠快速監測島嶼，切斷島嶼與配電網的連接，對于計劃外島嶼應保證從島嶼開始到斷開結束的時間在2秒內。同時，對并網斷路器的功能也有要求，即必須具有低周、低壓斷開功能和高周、高壓斷開功能。接入配電網后必須能在電站主變壓器上設置電流保護和間隙零序電壓。例如，當電網并網處理后接入電網，在具體并網方式的應用中出現不可逆情況時，必須及時設置逆功率保護。

4、影響改善措施

一是提高技術標準。對于并網光伏發電廠，我們需要積極改進和優化相關規范和技術標準。作為一個電力企業，我們需要能夠充分整合光伏發電的控制功能、技術參數、抗干擾性能和運行特性，從而確定光伏電網接入的數量、規模和接線結構，科學設置無功功率配置、電壓等級和電能質量，以保證電站并網運行有依據。對于光伏發電廠來說，需要能夠積極改進無功補償裝置、無功發電機和調壓設備，加強分布式光伏發電系統在運行中的標準化和標準化，盡量減少并網對運行的影響；二是加強并網檢測。光伏發電廠正式進入電網后，電力企業需要能夠充分接觸相關文件和標準，做好電網安全檢測工作，即根據電網接入安全規定做好光伏發電廠故障排查和電力檢查處理工作。在具體工作中作為一個電力企業，必須能夠重點檢測光伏發電廠的電網適應性、有功功率輸出特性、電能質量、低壓交叉和SVC性能等主要性能，加強對電站接入設備的評價和驗收，與配電網技術要求有關。具體來說，應加強光功率預測系統的建設和預測能力、全站網相關保護定值與低壓穿越能力的邏輯關系等方面的評價實驗；第三，應加強無功補償的研究。根據我國新的規定，對光伏發電廠來說，有必要做好無功補償性能的研究，特別是對大型光伏發電廠來說，有必要具備無功補償能力。首先，需要對無功設備和AVC的容量進行綜合研究，使電站在并網處理后與配電網形成統一的無功控制系統，協調反應堆和電容器的控制。第二，要有效利用配電網光伏發電廠的無功功率分配能力，即加強與相關設備制造商和科研單位的研究，充分挖掘光伏發電的無功調節能力，以及在保證配電網區域電壓穩定的基礎上，進一步提高輸配電系統的質量。

結束語

近年來，隨著能源和環境問題的突出，分布式發電的發展越來越迅速，裝機容量也在快速增長，在電網中發揮著越來越重要的作用。如果不改變其控制方式，將對電力系統產生不可估量的影響。分布式光伏電源的引入對配電網產生了諸多影響，包括分布式電源的并網、電壓調整、諧波問題和繼電保護等。因此，本文主要討論了光伏電源對繼電保護的影響。

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（作者單位：國網山東省電力公司海陽市供電公司）