光伏發(fā)電系統(tǒng)站內(nèi)保護配置問題探討

張洋

摘 要：隨著環(huán)境的日益惡化，全球煤儲量的日益減少，全世界都越來越注重環(huán)境的保護，因此，新能源產(chǎn)業(yè)也越來越受到重視，光伏發(fā)電行業(yè)未來的發(fā)展?jié)摿σ彩窍喈敶蟮?，國家為保護環(huán)境，治理空氣污染，已經(jīng)制定了一系列的新能源政策，希望清潔能源能更多地替代化石能源，這有利于擴大國內(nèi)光伏市場規(guī)模。

關鍵詞：光伏發(fā)電；低電壓穿越；靜止無功發(fā)生器

近年來，隨著新能源行業(yè)的日漸興起，光伏發(fā)電能源儼然已成為新能源行業(yè)的巨頭，光伏電站的安全運行也成為維持電網(wǎng)穩(wěn)定的一個重要因素，電站的站內(nèi)保護也經(jīng)過多年的實踐有了一套比較完善的標準，像是逆變器的防孤島保護、低電壓穿越，以及站內(nèi)的靜止無功發(fā)生裝置都成為光伏電站必不可少的配置，光伏發(fā)電流程也是比較成熟的，本文主要是依據(jù)作者本人在光伏電站從事基建、調(diào)試，以及運維的過程中，發(fā)現(xiàn)的一些保護配置方面存在的問題做一個簡單的分析，希望能有助于光伏產(chǎn)業(yè)的日后發(fā)展。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)站內(nèi)保護配置

1.1 逆變器的保護

低電壓穿越功能是指當電網(wǎng)電壓跌落時并網(wǎng)逆變器能夠正常并網(wǎng)一段時間， “穿越”這個低電壓時間（區(qū)域）直到電網(wǎng)恢復正常；孤島效應保護是指當電網(wǎng)斷電時并網(wǎng)逆變器應立即停止并網(wǎng)發(fā)電，保護時間不超過0.2秒?？梢钥闯觯聧u效應保護與低電壓穿越是相互矛盾的，兩種功能不能同時并存，需要根據(jù)電站規(guī)模和要求進行選擇，一般原則如下：

對于小型光伏電站，并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)中所占的容量較小，對電網(wǎng)的影響較小，在電網(wǎng)故障時不會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生實質性的影響，所以應具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，即此時并網(wǎng)逆變器應選擇孤島效應保護功能。 ？

對于大中型光伏電站，并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)中所占的容量較大，對電網(wǎng)的影響較大，在電網(wǎng)故障時不會對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生實質性的影響，所以應具備一定的低電壓穿越能力，即此時并網(wǎng)逆變器應選擇低電壓穿越功能。

對于目前大多數(shù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來說，逆變器所配置的都是低電壓穿越。大型和中型光伏電站的低電壓耐受能力要求 為了實現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越功能，并網(wǎng)逆變器需要采用新的軟件控制算法，軟件控制算法需實時監(jiān)測電網(wǎng)，并判斷電網(wǎng)是否發(fā)生電壓跌落。

1.2 靜止無功發(fā)生裝置

并網(wǎng)逆變器正常情況下只能向電網(wǎng)輸送有功，要是所有光伏電站都只向電網(wǎng)輸送有功的話，電網(wǎng)電壓必定會很難調(diào)節(jié)到一個穩(wěn)定的值上面，造成電網(wǎng)電壓波動大，影響到電網(wǎng)的安全，因此，光伏電站必須引入靜止無功發(fā)生裝置來產(chǎn)生無功功率從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。

靜止無功發(fā)生裝置采用可關斷電力電子器件組成自換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側電流。迅速吸收或者發(fā)出所需的無功功率，實現(xiàn)快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的。作為有源形補償裝置，不僅可以跟蹤沖擊型負載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進行跟蹤補償。

電壓源型逆變器包含直流電容和逆變橋兩個部分，其中逆變橋由可關斷的半導體器件IGBT組成工作中，通過調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT器件的開關，可以控制直流逆變到交流的電壓的幅值和相位，因此，整個裝置相當于一個調(diào)相電源。通過檢測系統(tǒng)中所需的無功，可以快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功，實現(xiàn)無功的就地平衡，保持系統(tǒng)實時提高功率因數(shù)運行。

1.3 接地變及消弧線圈

光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓等級往往在35kv及以下，所以一般不采用中性點接地的方式，一般都是在站內(nèi)配置接地變及消弧線圈，中性點經(jīng)消弧線圈接地來保障系統(tǒng)的安全。

消弧線圈的作用是當電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點流過電容電流，消弧線圈提供電感電流進行補償，使故障點電流降至10A以下，有利于防止弧光過零后重燃，達到滅弧的目的，降低高幅值過電壓出現(xiàn)的幾率，防止事故進一步擴大。

當消弧線圈正確調(diào)諧時，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機率，還可以有效的抑制過電壓的輻值，同時也最大限度的減小了故障點熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點上。但是在電網(wǎng)正常運行時，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。除此之外，電網(wǎng)的各種操作都可能產(chǎn)生危險的過電壓，所以電網(wǎng)正常運行時，或發(fā)生單相接地故障以外的其它故障時，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。

1.4 光纖縱差保護

光纖作為繼電保護的通道介質，具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點。而電流差動保護原理簡單，不受系統(tǒng)振蕩、線路串補電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運行、單側電源運行方式的影響，差動保護本身具有選相能力，保護動作速度快，最適合作為主保護。近年來，光纖技術、DSP技術、通信技術、繼電保護技術的迅速發(fā)展為光纖電流差動保護的應用提供了機遇。

光纖電流差動保護是在電流差動保護的基礎上演化而來的，基本保護原理也是基于基本電流定律，它能夠理想地使保護實現(xiàn)單元化，原理簡單，不受運行方式變化的影響，而且由于兩側的保護裝置沒有電聯(lián)系，提高了運行的可靠性。目前電流差動保護在電力系統(tǒng)的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動作簡單可靠快速、能適應電力系統(tǒng)震蕩、非全相運行等優(yōu)點，是其他保護形式所無法比擬的。光纖電流差動保護在繼承了電流差動保護優(yōu)點的同時，以其可靠穩(wěn)定的光纖傳輸通道，保證了傳送電流的幅值和相位正確可靠地傳送到對側。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)保護配置存在的問題

據(jù)本人在光伏電站從事運維的角度來看，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在逆變器，母線及出線方面的保護配置都是比較完善的，但有的方面還是具有一些不太合理的地方，具體如下：

a、光伏電站發(fā)電流程是太陽能板件通過匯流箱、直流配電柜等裝置匯集到一起再送至逆變器，逆變器將直流逆變成交流再送至升壓變將電壓升高再送至電網(wǎng)。其中，在升壓變上的保護就有點薄弱了，一般光伏電站的升壓變?nèi)萘慷疾粫貏e大，大概在1000kVA左右，所以大都為干式變壓器及小型的油浸式變壓器，這種變壓器不帶有電壓互感器及電流互感器，所以在保護配置上也不存在電量保護，所具有的只是溫度保護及三相高壓熔斷器，這比起電量保護可靠性也大大降低了。

b、光伏電站中開關柜不存在電壓保護，電站開關柜保護只配有一、二段過流保護，低周、高周保護，母線PT的二次出現(xiàn)只接有測量和計量兩對繞組，而PT的保護量直接接入了故障解列裝置，一旦故障解列裝置檢測到PT斷線或是低壓，不管是哪條進線發(fā)生故障，必定是跳出線開關柜，這樣就極大的擴大了事故范圍，因此給每條進線開關柜引入一個電壓量保護還是非常有必要的。

c、靜止無功發(fā)生裝置對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般都是由逆變器自主實現(xiàn)自動并網(wǎng)和自動退網(wǎng)的，當光照達到一定強度，電壓、電流值達到逆變器并網(wǎng)的條件時，逆變器便會自行并網(wǎng)，反之，當電壓降低到一定范圍時逆變器又會自動退網(wǎng)，這一整個過程都不需要人為控制的。而當一個電網(wǎng)有很多光伏發(fā)電系統(tǒng)接入時，在每天的清晨和半晚所有的光伏電站都在并網(wǎng)和退網(wǎng)的過程，并且因為光照強度忽強忽弱，所以大多數(shù)時候逆變器都不是一次就能并上。

3 結束語

在當今這個能源缺乏，環(huán)境惡化的狀態(tài)下，光伏的重要性也日益體現(xiàn)出來了，在做好新能源的同時，也同樣要保障安全發(fā)電，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)以及電網(wǎng)的安全，在光伏電站保護配置這一方面也還有許多值得我們?nèi)ド钏嫉膯栴}，只有讓這套系統(tǒng)越來越完善，將來才會能更好的為我們所用。