光伏發電并網對配電網繼電保護的影響分析

劉振宗 陳智遠

摘 要 本文在分析傳統配電網和光伏發電并網位置相關問題的前提下，進而闡述了光伏發電并網對配電網繼電保護的影響，主要分析了光伏發電并網給電流保護、重合閘、熔斷器、重合器和分分斷器等各個方面造成的影響。本文采取允許孤島運行的保護方案，對光伏發電系統涉網保護并入配電網后對繼電保護的影響進行了充分的考慮，另外，本文還有針對性地提出了保護對策。

關鍵詞 光伏發電并網；配電網；繼電保護

伴隨著我國經濟的發展和人民生活水平的不斷提升，人民對能源的需求量，尤其是對石油資源的需求量驟然提升。能源的大量開采和運用，給人們的生活環境造出了極大的破壞，也給我們提出了相當大的挑戰。隨之而來的就是各種各樣的環境問題，例如嚴重的霧霾、全球變暖等各類問題數不勝數，嚴重影響著人們的生活。不僅如此，由于人們生活對石油的依存度越來越高，大量的開采使得我國石油儲量的不斷減少，甚至給國家能源安全帶來了一定的威脅。眾所周知，能源安全不僅關乎著國家的安全和穩定發展，也決定著人民生活水平的不斷提升。因此，國家在發展經濟的同時萬萬不可以犧牲環境為代價。面對這種情況，國家相關部門已經指出，必須要尋找和開發新的能源潛力，進一步發展電力技術，充分發掘電力潛能，改善我國當前的能源問題。

1 概述

在光伏發電系統中，多分布式光伏電源并網已經成為當今時代的發展潮流，因此并網配電網引起的各種繼電保護問題也隨之出現并呈現出遞增趨勢，對配電網保護產生了十分嚴重的影響，面對這種局面電力工作者必須要加強對光伏并網問題的研究，從而能夠更好地接受挑戰。高容量、大規模的光伏發電電源涉網后就一定會對潮流分布造成影響，促使配電網絡結構發生變化。但是原有的配電網的繼電保護是根據單電源輻射型結構的保護采取整定措施的，因此，光電網規劃及運行維護人員就一定要重新審視光伏發電涉網保護問題，相關的科技工作者也必須要加強對此問題的研究和探索[1]。

2 傳統配電網及光伏發電涉網保護位置

2.1 傳統配電網概述

配電網的電壓等級可以依據高壓、中壓、低壓三個等級進行分類，具體分類是指220V-380V為低壓配電網，6kV-10kV為中壓配電網、35kV-110kV為高壓配電網。從當前情況來看，對配電網起到保護整定功能的主要是饋線。我國目前的保護配電網的配置原則依舊是依照其恒定的方向狀況進行設計的。針對非終端線路則采取與其他保護相互配合的三段式電流保護。采取時間整定的方式確保保護的選擇性，從而更好地進行全線路保護。為兼顧經濟性原則，廣泛采用電流保護的方式進行傳統饋線保護，一般利用反時限過電流保護來有效排除靠近系統電源端的故障。通常情況下使用定時限過電流保護及瞬時電流速斷保護對保護配置直接向用戶供電的饋線進行簡化。瞬時電流速斷保護具有配合靈活、整定便捷且價格便宜的優勢，依照饋線末端短路靈敏度非常好的原則及性能整定從而對全線進行保護。但是，有時候其動作定值、靈敏度和保護范圍等無法達標，同時在很大程度上會受到系統運行方式變化的影響。對于那些系統運行方式變化率非常高的饋線與重要的電纜線路則更多的選擇采用距離保護的方式。為了確保非全電纜線路在出現瞬時故障的情況下可以迅速恢復供電，就需要配備三相一次重合閘，但大部分永久性故障電纜線路卻不適用于自動重合閘裝置。

2.2 光伏發電系統涉網保護位置問題

從當前情況來看，并入電網的光伏發電涉網保護的位置主要有兩種，第一種是光伏系統和電網的低壓母線直接進行連接，針對接入方式通常有兩種情況：第一種是帶有較大負荷的該低壓母線，正常運行時PV與系統一起為本地負荷進行供電；帶有較小負荷的該低壓母線，低壓母線負荷與系統在正常運行時由PV進行供電。另外一種是由光伏系統與并網系統共同向負荷進行供電。經變壓器通過高壓母線側接入[2]。

3 光伏發電對配電網繼電保護的影響

3.1 光伏發電并網對電流保護和重合閘的影響

通常情況下，最為嚴重的故障是三相短路，在這種情況下也會對配電網造成非常嚴重的影響，因此在對系統涉網嚴重狀況進行分析時，以系統在最大運行方式下產生三相短路時的狀態來對并網系統保護安全界限進行定義。光伏發電涉網保護問題不僅包括電流保護，還包括配置有重合閘前加速、后加速與保護電流的電配網，并因此而引起的自動重合閘問題。一旦因光伏系統發電電源和并網系統電源之間的連接線出現故障而引起保護動作，但是在自動重合閘重合之前，并網電網和光伏電源依舊連在一塊，光伏電源并沒有解列，那么光伏電源就會因為仍舊給故障點供電，從而進一步加大故障點處的電流，此外還會致使電弧不能夠熄滅，同時重合閘重合還會導致故障點電弧多次被引燃，以至于根本無法熄滅，如此一來可能導致臨時性故障轉化為永久性故障，帶來更為嚴重的損失。退而言之，也有可能會發生非同期合閘的情況，因為進行重合閘之前的這個時間段內，就算是故障點尚未徹底損壞介質絕緣也極有可能導致配網及光伏電源出現破損，這是由于光伏發電系統與電網并網并沒有解列。

3.2 光伏發電并網對熔斷器、重合器和分段器的影響

熔電器作為一種電流保護器，具有結構簡單、操作便捷、成本較低等各種優勢，在配電系統、控制系統及用電設備中十分常見。具有反時限特征的熔斷器，在電流大的情況下熔斷時間就會短，相反在電流小的情況下熔斷時間就會長，這種裝置在饋線自動化重合器與分斷器配合方案中十分常見，可以在整定時間段內進行故障電流的檢測動作并跳閘。重合器作為配電網自動化中的一種智能化開關設備，不僅具有控制功能還可以起到保護的作用。為了避免事故進一步擴大，一般情況下在第一次、第二次被整定為快速分閘時，就能夠被預先整定重合器的動作程序快速指定分閘動作，有效排除瞬時故障。重合器之后的幾次動作都是有時限的，從而能夠更好地與分斷器配合。分斷器的開關設備在失壓、無電流狀態時能夠自動進行分閘主要分為有電壓-時間式和過電流脈沖計數型兩種，主要在隔離線路區段加以應用。

4 光伏發電并網配電網保護對策

4.1 針對孤島運行的保護方案

光伏發電涉網系統之后，有可能會對原有保護之間的配合造成一定的破壞，致使其不能夠正常運轉。針對配電網的繼電保護與安全自動裝置，當前使用的一種保護方案是當配電網出現故障時，針對涉及電網的光伏電源的處理方案主要包括并網配電網出現故障時的孤島運行方案與有計劃的孤島運行兩種。在保護動作之前就從電網解列或采用反孤島對光伏電源進行保護，在保護動作之后再將光伏電源退出電網。

4.2 保護對策

使用允許孤島運行的保護方案的主要目的是更加有效的實施光伏發電系統涉網保護實施方案。具體可以采用的保護方案包括依托通信系統的保護方案、基于廣域測量系統的保護方案、微電網條件下的保護方案。主要可以從如圖1幾個方面進行研究。

簡而言之，在光伏并網系統位置上對每一條饋線增加起保護作用的方向元件，增強保護措施的選擇性，在靠近電源側首端進行保護。在線路因為出現故障而發生跳閘情況時，光伏系統與系統電源能夠斷開并能夠退出電網運行。對故障區域位置進行準確定位，采用廣域測量系統盡最大努力對保護動作信息進行有效搜集，避免保護對策出現錯誤。這樣就能夠有效縮小停電范圍，使供電系統更加可靠。如果出現永久性故障，那么故障點下游的光伏發電并網系統會在很短的時間段內斷供電源并形成孤島，帶部分負荷確保可以穩定運行。

5 結束語

本文對光伏發電系統涉網保護技術在配電網中的運用進行了分析，并對大容量、高配比的光伏電源并網給配電網繼電保護裝置及電網安全自動化裝置造成的影響進行了詳細研究。例如，光伏電源并網對電流保護和重合閘的影響，光伏發電并網對熔斷器、重合器和分段器的影響，以及光伏電源并網對距離保護以及反時限過流保護帶來的不利影響等。面對這些不利影響可以采用允許孤島運行保護方案，文中就此提出了相應的保護對策。

參考文獻

[1] 陳玉.配電網繼電保護整定運行現狀分析與建議[J].低碳世界， 2016，（11）：58-59.

[2] 劉金鵬.城市配電網繼電保護系統可靠性分析[J].河南科技，2013， （21）：89.