光伏電站交流側故障暫態特性及對配網繼電保護影響

張旭航 高生凱

摘 要：由于傳統的配電網結構為單輻射狀，隨著大量分布式光伏電源并入電網，改變了原有配網結構，對傳統的配網繼電保護造成了影響，本文先介紹分布式光伏并網方式，詳細分析交流側故障特性，產生故障電流的大小與影響，并且在大容量光伏電站接入配電網前提下對配電網的保護進行分析，進而提出改進建議。

關鍵詞：分布式光伏;配電網;繼電保護

中圖分類號：TM773 ?文獻標識碼：A

隨著分布式光伏作為新能源的主力快速發展，越來越多的大城市開始推行此類清潔能源，但也帶來了很對的負面影響，如大容量的光伏電站在接入配電網后會引起原有配網保護的靈敏度變化，基于此，文獻[1]分析了光伏接入配電網上游故障時，下游出現孤島現象的影響及對策，提出加裝SVG的方式改善孤島現象。對于配電網繼電保護的影響，文獻[2]首先分析了短路電流的數值大小，進而提出采用距離保護代替電流保護的措施，文獻[3]提出采用自適應保護的措施，文獻[4]提出對其保護值重新進行整定的措施，但很少有對光伏電站交流側故障進行分析，進而討論暫態故障電流對系統配電網的影響，基于此，本文通過研究光伏電站交流側故障暫態特性，并且分析故障電流大小，提出相應的保護改進措施。

1 分布式光伏電站并網方式

分布式光伏電站接入配電網，由于其容量較小，多為T接方式，即用戶側配置繼電保護裝置，依據用戶側所接光伏容量的大小，配置熔斷器或斷路器，系統側不配置繼電保護裝置;分布式光伏接入配電網電壓等級均在35kV以下，容量均在10MW以下。

2 光伏電站交流側故障暫態特性

由于構成光伏電站的主要元器件為逆變器，多為電力電子器件，因此逆變器有一定的限流功能，電流大于1.5倍的額定電流時，光伏電站維持最大電流輸出，若時間較長，則輸出功率逐漸減少，電流降低直至為零。下表為簡易的交流側故障模型，正常工作電壓為56V，輸出電流為4.5A。

由仿真波形可知，系統側發生故障時，光伏電站輸出電壓降低，電流增大，但在對稱與不對稱故障下均不超過額定電流的1.5倍，且不對稱故障時故障電流主要成分為正序分量[1]。

3 光伏電站接入配電網對配電網繼電保護的影響

實際配電網中，一條10kV的中壓母線上接有的分布式光伏電站容量有數十兆伏安，產生的電流有數千安，在配電網故障時，由分布式光伏電站提供的短路電流達到數十千安，因此，會對配電網的繼電保護裝置造成一定的影響[2]。

當分布式光伏電站接入點下游故障時，流過故障點的短路電流由系統和光伏電站提供，比未接入光伏時電流較大。會使得下游保護裝置的靈敏性增大，引起保護誤動作;當光伏電站接入點上游發生故障時，光伏電站會在下游形成孤島，若形成的孤島為非計劃性孤島，則會引起安全事故;對于相鄰線路故障時，提供的反向故障電流會使得光伏接入點上游的保護靈敏度降低，引起保護的誤動作[3]。

同時，光伏接入配電網會對配電網的重合閘造成一定影響，故障時若不切除光伏電站，此時重合閘為非同期重合閘，會對配電網造成很大的電流沖擊;同時由于逆變器為電力電子期間，會對配電網產生較多的諧波，影響電能質量。

4 改進措施

鑒于對上述故障特性進行分析，得出下列改進措施：

（1）在配網線路上加裝功率方向元件，規定正方向為母線指向線路，當電流流向為線路流向母線時，該線路的斷路器配置的保護閉鎖[4]。

（2）光伏接入點下游線路，增大每段線路出口處的斷路器的I段電流保護整定值，減小I段保護的保護區，防止保護誤動作。

（3）為防止非同期重合閘現象，由于分布式電源接入配電網需配備反孤島保護，確保在配電網發生故障時及時斷開分布式電源與配電網的連接。重合閘的動作時限要與反孤島保護配合。在本線路故障時，分布式電源反孤島保護與外部短路保護一般會在0.5s內動作，因此，將線路出口重合閘動作時限增加0.5s，即可實現互相之間的配合。

如果線路故障時以及故障切除后線路孤島運行時并網點電壓變化量較小，反孤島保護的動作時限可能超過2s，會出現重合到帶分布式電源運行的線路上的情況，解決問題的措施是加裝反應于線路電壓的電壓元件，在線路帶電時閉鎖重合閘。

5 結論

對大容量光伏電站接入配電網的影響，本文在理論基礎上詳細的分析了對繼電保護的影響，并對于相應的逆變器交流側故障進行了仿真，分析并網保護配置的合理性，并對于大容量的光伏電站接入配電網對系統繼電保護的影響進行分析，對實際系統的運行以及配電網的安全有很大程度的改善。

參考文獻：

[1]周皓.電平光伏并網逆變器拓撲結構及控制策略的研究[D].北京科技大學，2015.

[2]舒逸石，管霄，趙煒.分布式光伏電站并網對配電網繼電保護的影響[J].華電技術，2013，35（07）：70-71+79.

[3]李文才，王希平，趙青松，蘇敬芳.分布式光伏發電并網對配電網繼電保護的影響研究[J].機電信息，2019（08）：37+39.

[4]張東明，連婷，王東，賈中義，任華，王海云.光伏電站接入對送出線路繼電保護的影響[J].四川電力技術，2016，39（06）：1-4.

作者簡介：高生凱，碩士研究生。