并網(wǎng)光伏電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

湯 力，陳 瑜，蘇 敏

（1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司 孝感供電公司，湖北 孝感 432000；2.中乾立源工程咨詢有限公司 漢陽(yáng)分公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)于化石能源的需求也隨之大幅增加，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)題逐漸引起各界的廣泛關(guān)注[1]。為了使能源可持續(xù)發(fā)展，緩解我國(guó)環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)況，我國(guó)決定大力發(fā)展清潔能源[2]。其中，太陽(yáng)能因具有便于獲取、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為應(yīng)用最廣泛的清潔能源之一，并應(yīng)用至電力等行業(yè)中[3]。雖然光伏發(fā)電技術(shù)為我國(guó)電力行業(yè)帶來(lái)了巨大的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益，但由于其具有波動(dòng)性和不穩(wěn)定性，當(dāng)其并網(wǎng)時(shí)可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響[4]。因此，本文針對(duì)并網(wǎng)光伏電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響，首先闡述了光伏系統(tǒng)的組成與分類，然后分析了并網(wǎng)光伏電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響。

1 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的理論

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類

按光伏發(fā)電系統(tǒng)是否接入了電力系統(tǒng)將其分為兩種，即孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1.1.1 孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)

孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指并未接入電力系統(tǒng)，也未與其他電網(wǎng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的光伏發(fā)電系統(tǒng)。孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)通常位于較為偏僻的地區(qū)，主要解決局部缺電的問(wèn)題。由于孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)的波動(dòng)性較強(qiáng)、供電穩(wěn)定性較差，并且受周圍環(huán)境的影響較大，因此需要加裝能量管理設(shè)備[5]。

圖1 孤島型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1.2 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)是指與電網(wǎng)相連接且具有能量交換的光伏發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將光伏陣列轉(zhuǎn)換的電能通過(guò)逆變器逆變?yōu)榻涣麟姽┙o電網(wǎng)使用，具有較強(qiáng)的靈活性。當(dāng)太陽(yáng)光照較強(qiáng)時(shí)，光伏陣列產(chǎn)生的電能較多，此時(shí)可以將多余的電能供給電網(wǎng)使用。而當(dāng)光照較弱時(shí)，又可以從電網(wǎng)中索取電能[6]。

圖2 并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的能量交換，對(duì)于資源的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，因此成為了光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要發(fā)電形式，在我國(guó)得到了大力推廣。實(shí)際并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 實(shí)際并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

1.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、逆變器、濾波電路、驅(qū)動(dòng)電路及控制器組成，如圖4所示。其中光伏陣列是由多個(gè)光伏組件組合而成，光伏陣列可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，并將電能送往蓄電池儲(chǔ)存。控制器可以使蓄電池中的電能處于可控狀態(tài)，防止出現(xiàn)過(guò)充電或過(guò)放電的情況。逆變器可以將光伏陣列轉(zhuǎn)化的電能逆變?yōu)檎医涣麟姡┙o電網(wǎng)使用。濾波電路可以過(guò)濾掉交流點(diǎn)中的諧波等雜波。

圖4 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 并網(wǎng)光伏電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)受外界環(huán)境的影響較大，其發(fā)電穩(wěn)定性較差，因此當(dāng)其接入電網(wǎng)后很可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生影響。

從目前我國(guó)電網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀來(lái)看，配電網(wǎng)大多采用單側(cè)電源供電的方式。而當(dāng)光伏電源接入配電網(wǎng)后，此時(shí)配電網(wǎng)變?yōu)殡p側(cè)電源供電的形式。結(jié)合繼電保護(hù)的相關(guān)知識(shí)可知，此時(shí)若在配電網(wǎng)保護(hù)的下游接入光伏電源，則會(huì)導(dǎo)致線路保護(hù)的誤動(dòng)作。因此，并網(wǎng)光伏電源會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的線路保護(hù)產(chǎn)生影響。

自動(dòng)重合閘是配電網(wǎng)的重要設(shè)備之一，其作用是當(dāng)斷路器遇故障發(fā)生跳閘時(shí)，可以使其重新合閘。根據(jù)規(guī)定，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，若電網(wǎng)電源消失，則必須將光伏電源斷開，這給電網(wǎng)穩(wěn)定性造成了一定的難度。同時(shí)，并網(wǎng)光伏電源也會(huì)對(duì)電流保護(hù)造成一定的影響。

3 保護(hù)措施

綜上所述，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生不良影響，因此需要對(duì)配電網(wǎng)采取保護(hù)措施。

從上文可知，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)使得線路變成雙側(cè)電源供電，因此會(huì)使線路保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)作，此時(shí)需要安裝電流速斷保護(hù)來(lái)避免線路的誤動(dòng)作。除此之外，也可以通過(guò)加裝方向性電流保護(hù)裝置的方式防止線路的誤動(dòng)作。方向性電流保護(hù)可以對(duì)線路中電流的方向進(jìn)行判別，若此時(shí)電流的方向是從母線流入線路，則應(yīng)采取電流保護(hù)。

4 結(jié) 論

隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的光伏電源接入了電網(wǎng)，與此同時(shí)會(huì)給電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性造成影響。為解決這個(gè)問(wèn)題，本文首先闡述了光伏系統(tǒng)的相關(guān)理論，然后分析了并網(wǎng)光伏電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響，最后討論了并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)措施，所得結(jié)論對(duì)后續(xù)光伏系統(tǒng)并網(wǎng)研究提供了一定的參考。