淺談光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對距離保護的影響

張子杰等

摘 要：隨著能源和環(huán)境問題越來越突出，光伏發(fā)電作為一種戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，得到了快速發(fā)展。由于光伏發(fā)電的成本不斷降低，并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)逐步成為光伏產(chǎn)業(yè)的主流。為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，文章分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)（Photovoltaic power system，簡稱PV系統(tǒng)）并網(wǎng)對電網(wǎng)原有的距離保護的影響。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；距離保護；影響

引言

在可利用資源日益緊張的今天，太陽能作為一種無污染、可再生的能源在全球被人們大范圍的加以利用。許多國家已經(jīng)開展并實施對光伏電源系統(tǒng)的研究及建設(shè)，從設(shè)計研究、設(shè)備研發(fā)及制造以及施工實施等一系列流程上都取得了一定的成果，但光伏電源系統(tǒng)投運后對電網(wǎng)的影響研究尚不夠成熟，還需加強研究的力度。光伏電源系統(tǒng)接入單電源變電站使原有的單電源網(wǎng)絡(luò)變成了至少雙電源網(wǎng)絡(luò)，使原來的中、低壓繼電保護不能滿足改變后電網(wǎng)運行的要求，文章主要闡述目前光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后對原電網(wǎng)系統(tǒng)距離保護的影響。

1 光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)出力具有波動性和間歇性，另外光伏發(fā)電系統(tǒng)通過逆變器將太陽能電池方陣輸出的直流轉(zhuǎn)換成交流供負荷使用，含有大量的電力電子設(shè)備，將會產(chǎn)生諧波、導(dǎo)致電壓偏差，電壓波動和閃變、電壓不平衡和直流分量等電能質(zhì)量問題。接入配電網(wǎng)會對電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。（2）目前光伏發(fā)電系統(tǒng)一般接入110kV以下配電網(wǎng)中，且它在電網(wǎng)低電壓等級。若電網(wǎng)110kV電壓等級發(fā)生故障時，光伏電源系統(tǒng)向110kV系統(tǒng)反向供電，故障點的電流及電壓會產(chǎn)生一定的影響，短路電流同時由系統(tǒng)電網(wǎng)及光伏電源提供。當光伏電源容量較大時，其負荷電流不斷流向故障點，達到保護的整定值時會使保護出口誤動或拒動；當光伏容量較小時，短路點的故障電流主要由系統(tǒng)電網(wǎng)提供，光伏系統(tǒng)提供的短路電流相對較小，對110kV保護的影響也較小，甚至無影響。當光伏電源系統(tǒng)下一級電壓等級故障時，其下級的速斷保護靈敏度和保護范圍會隨著電流的增加而變大，保護范圍延伸至下一級，嚴重影響保護裝置的選擇性。綜上所述，PV系統(tǒng)的容量大小、接入電壓等級及故障點的不同直接或間接影響著繼電保護裝置的可靠性、選擇性、速動性及靈敏性四大因素。

2 光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)距離保護的影響

目前電流速斷保護、過電流保護等普遍應(yīng)用于35kV及以下電壓等級的簡單電網(wǎng)系統(tǒng)中，隨著電壓等級的升高，電網(wǎng)越加復(fù)雜，選擇更加完善可靠的繼電保護裝置就成為重中之重，距離保護就是其中的一種。它普遍應(yīng)用在66kV及以上、110kV及以下的電壓等級中，并將其作為輸電線路的主保護。

距離保護是反映故障點至保護安裝點之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠近而確定動作時間的一種保護裝置，距離保護具有三段式階梯特性，分別為距離Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護。

當系統(tǒng)電源饋線側(cè)發(fā)生故障時，流入短路點的故障電流是由系統(tǒng)電源和未解列的PV系統(tǒng)共同提供。故障點的短路電流值會變大，增加的電流大小取決于光伏電源系統(tǒng)的容量大小。因此，PV系統(tǒng)的并網(wǎng)有可能促使原系統(tǒng)距離保護誤動或拒動，主要如下：（1）距離保護Ⅰ段對應(yīng)于瞬時電流速斷保護，瞬時動作，為保證動作的選擇性，距離保護Ⅰ段不可能保護線路的全長，一般僅對線路全長的80%～85%進行保護。系統(tǒng)運行方式的變化不會影響到它的測量阻抗，運行方式的變化，使得保護裝置檢測到的電壓和電流以正向線性方式變化，線路阻抗基本保持不變，基本不會影響距離Ⅰ段保護。（2）距離保護Ⅱ段用以彌補保護Ⅰ段的不足，盡快切除本線路末端15%～20%范圍間的故障，其保護范圍可延伸至下一段線路，其動作時間比下一線路距離Ⅰ段高出一個時限，其定值按照躲過相鄰線路速動段保護來整定。以圖1所示，某一光伏電源系統(tǒng)接入110kV變電站A的10kV電壓等級，110kV變電站A以110kV線路連接110kV變電站B，110kV線路均配置距離保護。當110kV變電站A的其他10kV線路K1點發(fā)生故障時，電網(wǎng)系統(tǒng)與PV系統(tǒng)會同時向K1故障點注入短路電流，由于PV系統(tǒng)的分流作用會減小110kV線路距離保護處（保護1）的故障電流，致使110kV線路距離Ⅱ段保護測量阻抗變大，保護范圍變小，同時可能降低保護的靈敏性和速動性，最終導(dǎo)致保護裝置的拒動或誤動。此時需要根據(jù)光伏系統(tǒng)的容量、接入方式重新整定保護定值，并做相應(yīng)的試驗以保證保護裝置的安全可靠運行。若整定調(diào)試后仍無法滿足要求，則需考慮更換保護，重新配置光纖電流差動保護。（3）距離保護Ⅲ段是作為本線路距離Ⅰ、Ⅱ段保護的近后備、相鄰下一級線路保護的遠后備和反向母線保護的后備保護，動作時限比其他各保護最大動作時限高出一個時限，以保證選擇性。其定值按照與相鄰下級線路距離保護Ⅱ或Ⅲ段配合整定。當在K1點發(fā)生故障時，此時110kV線路保護處（保護1）距離Ⅲ段保護檢測到的阻抗可能會減小，甚至小于距離Ⅲ段保護啟動的門檻值，但由于距離段Ⅲ保護的動作時限一般較長，需要和下級線路距離保護Ⅱ或Ⅲ段配合，遠遠長于PV系統(tǒng)的失穩(wěn)時間。因此，它能夠躲開PV系統(tǒng)提供的短路電流干擾，避免受到影響。

3 結(jié)束語

在全球能源形勢緊張、全球氣候變暖嚴重威脅經(jīng)濟發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國都在實施以尋求新的能源替代的戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢地位。光伏發(fā)電作為一種新型可持續(xù)發(fā)展的能源，對節(jié)能與環(huán)保意義重大。隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，在并網(wǎng)后保證電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)安全、可靠的運行成為最關(guān)鍵的問題。但光伏發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響還有待深入研究，并完善相關(guān)保護配置的方案。在此倡議各界加大光伏發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)相關(guān)問題研究的力度，充分發(fā)揮可再生、清潔能源的優(yōu)勢，實現(xiàn)電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介：張子杰（1984-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護、電氣二次和調(diào)度自動化方面的設(shè)計工作。