光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響

許獻(xiàn)豐　王者玉　岳立海

【摘 要】光伏系統(tǒng)并網(wǎng)接入時(shí)，必定會(huì)改變?cè)瓉砼潆娋W(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)已不能滿足要求。因此，研究光伏并網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響具有十分重要的意義，推動(dòng)光伏并網(wǎng)發(fā)電快速發(fā)展。理論上分析了光伏發(fā)電在不同接入位置與不同接入容量的情況下對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，最后經(jīng)PSCAD/EMTDC軟件仿真驗(yàn)證了理論分析的正確性。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)

0 引言

隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的日益成熟且成本越來越低，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)成為利用這一資源的最好方式。然而，光伏發(fā)電有其自己的特點(diǎn)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)，使配電系統(tǒng)從單系統(tǒng)放射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榉植加兄行⌒拖到y(tǒng)的有源網(wǎng)絡(luò)，改變系統(tǒng)的潮流分布，進(jìn)而影響配電網(wǎng)繼電保護(hù)的合理性，對(duì)配電系統(tǒng)的繼電保護(hù)造成一定的影響[1-2]。

目前國內(nèi)外很多學(xué)者已經(jīng)對(duì)此開展了大量的研究工作，主要包括光伏發(fā)電短路特性和計(jì)算模型，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)及其接入位置、接入容量的不同對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)、重合閘、自動(dòng)化策略的影響等內(nèi)容。文獻(xiàn)[3]針對(duì)用戶側(cè)光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響進(jìn)行了分析，提出了繼電保護(hù)配置方案以及保護(hù)整定原則，為今后的工程應(yīng)用提供一定的借鑒。文獻(xiàn)[4]指出，分布式光伏發(fā)電接入中低壓配電網(wǎng)后，將對(duì)電流保護(hù)的靈敏性和選擇性產(chǎn)生影響，影響程度與光伏電源的接入位置、裝機(jī)容量有緊密的關(guān)系。同時(shí)，含分布式光伏發(fā)電的配電網(wǎng)不宜采用快速重合閘。文獻(xiàn)[5]采用動(dòng)態(tài)等值阻抗的建模方法，將光伏發(fā)電站表示為戴維南等效電路來研究光伏電站接入配電網(wǎng)后的繼電保護(hù)整點(diǎn)計(jì)算。

因此，本文從理論上分析了光伏并網(wǎng)發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，包括光伏系統(tǒng)接入位置和接入容量，并指出在今后配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置以及整定計(jì)算時(shí)，需考慮并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文的研究成果也為光伏并網(wǎng)發(fā)電的工程實(shí)施提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 光伏電源接入位置對(duì)繼電保護(hù)的影響

我國10kV配電網(wǎng)一般為單電源輻射形式并以三段式電流保護(hù)為主保護(hù)，圖1為10kV配電網(wǎng)基本接線圖。設(shè)系統(tǒng)容量為SS，系統(tǒng)電壓為ES，系統(tǒng)電抗XS，光伏發(fā)電系統(tǒng)容量為SE，光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓為EP，等效阻抗為XP。各線路電抗值為X1、X2、X3、X4、X5、X6。K1、K2、K3、K4、K5、K6分別為本段末端發(fā)生三相接地短路。

由單輻射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可知，故障發(fā)生在圖1所示配電網(wǎng)的6個(gè)不同位置時(shí)，短路電流的變化方向是一致的。下面假設(shè)K2處發(fā)生故障，保護(hù)2處測(cè)得短路電流Id2計(jì)算如下：

很明顯，保護(hù)2處的短路電流明顯增加。因此在K1、K2、K3、K4、K5、K6發(fā)生故障時(shí)，故障處的電流勢(shì)必會(huì)增大。故障處電流不僅由系統(tǒng)提供，還有光伏電源的影響。因此光伏電源在始端接入會(huì)使保護(hù)的范圍擴(kuò)大、降低保護(hù)的靈敏性。當(dāng)短路電流增大到一定值時(shí)，會(huì)使I段保護(hù)和下級(jí)的I段保護(hù)失去選擇性。情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)波及下級(jí)線路II段保護(hù)的選擇性。

同樣的方法可以分析光伏電源接入配電網(wǎng)中端或末端對(duì)繼電保護(hù)的影響。光伏電源在中端接入會(huì)使相鄰饋線保護(hù)的范圍擴(kuò)大、降低保護(hù)的靈敏性。當(dāng)短路電流增大到一定值時(shí)，會(huì)使I段保護(hù)和下級(jí)的I段保護(hù)失去選擇性，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)波及下級(jí)線路II段保護(hù)的選擇性；光伏電源在末端接入時(shí)，會(huì)使相鄰饋線的保護(hù)裝置的保護(hù)范圍變大，靈敏性降低，并有可能使相鄰饋線的保護(hù)失去選擇性，當(dāng)容量達(dá)到一定值時(shí)會(huì)使相鄰饋線的保護(hù)失去選擇性。

2 光伏電源接入對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)影響的仿真分析

針對(duì)圖1所示的10kV配電網(wǎng)在PSCAD仿真軟件環(huán)境下進(jìn)行仿真計(jì)算，分析光伏電源接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響分析，其中光伏電池等效電路圖如圖2所示。

光伏并網(wǎng)發(fā)電采用增量電導(dǎo)法控制光伏電源輸出最大功率，其并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

根據(jù)光伏陣列可以組成5MW、10MW、20MW容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)接升壓斬波電路，并通過控制IGBT 的導(dǎo)通率，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。后經(jīng)DC/AC轉(zhuǎn)換變流器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。配電網(wǎng)線路參數(shù)見表1。

當(dāng)光伏接入饋線末端時(shí)，接入容量分別為5MW、10MW、20MW時(shí)，數(shù)據(jù)如表2所示。

當(dāng)K2發(fā)生故障，相比未接入光伏電源時(shí)流經(jīng)保護(hù)2的短路電流增大，并隨著容量的上升短路電流增加的越多。流經(jīng)保護(hù)的4處的短路電流值，不隨容量的變化而變化。

光伏接入饋線中端時(shí)，接入容量分別為5、10、20MW時(shí)，數(shù)據(jù)如表3所示。

當(dāng)K2發(fā)生故障時(shí)，相比于未接入光伏電源的情況，保護(hù)2處的短路電流增大，保護(hù)4處為反向電流。當(dāng)K4發(fā)生故障時(shí)，流經(jīng)保護(hù)4短路電流變化不大。當(dāng)k5發(fā)生故障時(shí)，流經(jīng)保護(hù)5處的短路電流增加。

當(dāng)光伏接入饋線首端時(shí)，接入容量分別為5、10、20MW時(shí)，數(shù)據(jù)如表4所示。

當(dāng)K2發(fā)生故障時(shí)，相比與未接入光伏系統(tǒng)時(shí)短路電流增大。當(dāng)K4發(fā)生故障使，相比與未接入光伏系統(tǒng)時(shí)短路電流增大。并且隨容量的增加短路電流值隨著增加。

由以上的數(shù)據(jù)分析可知，我們所做的理論研究是正確的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析相匹配，驗(yàn)證上了理論分析的正確性。

3 結(jié)論

本文通過理析和仿真分析計(jì)算了光伏電源電源接入配電網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)的影響，理論分析和仿真計(jì)算的結(jié)果一致，并獲得如下結(jié)論：

（1）光伏電源接在配電網(wǎng)的始端時(shí)，其對(duì)配電網(wǎng)的短路電流有助增作用。短路電流變大，對(duì)電流保護(hù)的I段保護(hù)范圍擴(kuò)大，而II段保護(hù)又是根據(jù)下級(jí)線路I段整定，所以II保護(hù)范圍也相應(yīng)擴(kuò)大。

（2）當(dāng)光伏電源接在配電網(wǎng)的中端時(shí)，當(dāng)故障發(fā)生在本饋線光伏電源上游時(shí)，光伏電源接入對(duì)相鄰饋線不會(huì)產(chǎn)生影響。光伏電源會(huì)對(duì)下游繼續(xù)供電，并向短路處提供短路電流，形成孤島效應(yīng)。此時(shí)，接入的容量越大對(duì)本饋線故障處提供短路電流越大，對(duì)相鄰饋線、本饋線故障處保護(hù)的短路電流不會(huì)產(chǎn)生影響。

（3）光伏電源接在配電網(wǎng)的末端時(shí)，當(dāng)故障是發(fā)生在本饋線上時(shí)，其對(duì)本饋線故障處上游短路電流沒有影響，但故障點(diǎn)下游處會(huì)由光伏電源提供反向的短路電流，由于在故障段只有上游有保護(hù)裝置，所以下游會(huì)形成孤島效應(yīng)。光伏電源容量越大，對(duì)故障點(diǎn)下游提供的反向短路電流越大，由于沒有保護(hù)方向性可能產(chǎn)生誤動(dòng)。

【參考文獻(xiàn)】

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