分布式光伏電源接入對(duì)備自投的影響

杜錦昉

摘 要 本文對(duì)分布式光伏電源接入對(duì)備自投的影響進(jìn)行了詳細(xì)的研究，提出基于多點(diǎn)電壓判斷的自適應(yīng)分布式電源備自投邏輯。為光伏電站繼電保護(hù)原理設(shè)計(jì)、整定以及斷路器的選擇提供了理論依據(jù)，對(duì)光伏電站繼電保護(hù)的正確動(dòng)作以及電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】分布式光伏 備自投 防孤島保護(hù)

備自投在電力系統(tǒng)中的主要作用，是保證供電系統(tǒng)中主供電源失去后，快速準(zhǔn)確地切換至備用電源，保障用戶的可靠用電。而光伏發(fā)電受外界天氣條件影響較大，隨著電網(wǎng)控制力較差的光伏電源（Distribution Generation，簡(jiǎn)稱DG）大規(guī)模接入，對(duì)自動(dòng)化設(shè)備的配合產(chǎn)生了較大的影響，在一定程度降低了用戶的用電質(zhì)量。

1 備自投的動(dòng)作條件

以分布式光伏電源接入10kV終端變電站為例，分析分布式光伏電源接入后對(duì)備自投的影響。

1.1 進(jìn)線備自投的動(dòng)作條件

如圖1所示，當(dāng)進(jìn)線L1正常運(yùn)行，進(jìn)線L2備用時(shí)，10kV I母、II母均有電壓，且QF1和QF3在合位、QF2在分位，滿足備自投的充電條件，備自投經(jīng)過延時(shí)充電完成。而當(dāng)進(jìn)線L1因故障或其他原因被斷開后，10kV I母、II母均失壓，進(jìn)線L2有壓，進(jìn)線L1無(wú)電流，此時(shí)備自投動(dòng)作，斷開QF1，合上QF2，進(jìn)線L2自動(dòng)投入運(yùn)行。

1.2 對(duì)備自投快速性的影響

未接入光伏電源或光伏電源接入容量小的情況下，當(dāng)進(jìn)線L1由于某種原因被斷開后，I母、II母失壓，備自投裝置應(yīng)迅速啟動(dòng)，斷開QF1，合上QF2，恢復(fù)對(duì)用戶的供電。此時(shí)整個(gè)配電網(wǎng)有比較強(qiáng)的消納能力，當(dāng)電網(wǎng)電源失去后，由于光伏電源發(fā)電功率較小，即使不對(duì)其采取任何控制措施，也不影響備自投的整體動(dòng)作過程。

接入光伏電源超出一定容量后，當(dāng)進(jìn)線L1由于某種原因被斷開后，I母、II母失壓，備自投裝置應(yīng)迅速動(dòng)作。但由于光伏電源的存在，當(dāng)母線與主網(wǎng)斷開后，光伏電源、I母、II母將形成短時(shí)局部孤島，導(dǎo)致母線仍有電壓，不滿足備自投啟動(dòng)條件，備自投無(wú)法動(dòng)作。而DG機(jī)組的容量也不足以滿足全站負(fù)荷功率，隨著失去進(jìn)線L1主網(wǎng)電源后，DG機(jī)組也將失去穩(wěn)定性，DG機(jī)組電壓下降，當(dāng)電壓降低到一定程度，滿足備自投無(wú)壓?jiǎn)?dòng)條件，備自投方可啟動(dòng)，斷開QF1，合上QF2。

若緩慢下降的10kV母線電壓無(wú)法下降到備自投裝置的母線無(wú)壓檢定條件，備自投將無(wú)法動(dòng)作，最終導(dǎo)致全站欠壓運(yùn)行。

綜上分析可知，光伏電源的接入導(dǎo)致備自投的動(dòng)作時(shí)間增長(zhǎng)，引發(fā)不可控情況，直接影響備自投裝置的快速動(dòng)作，需著重考慮并網(wǎng)電源的切除與備自投動(dòng)作的時(shí)限配合問題。

1.3 對(duì)備自投合閘的影響

1.3.1 線路L1不具備重合閘功能

假設(shè)運(yùn)行線路L1發(fā)生故障，根據(jù)繼電保護(hù)的選擇性，線路L1保護(hù)動(dòng)作跳開QF1，10kV I母、II母失壓。備自投裝置應(yīng)迅速啟動(dòng)，跟跳QF1，合上QF2，恢復(fù)對(duì)用戶的供電。如2.2所介紹，備自投由于光伏電源的接入會(huì)延長(zhǎng)動(dòng)作時(shí)間，與此同時(shí)，備自投合備用電源時(shí)，光伏電源仍掛網(wǎng)運(yùn)行，備用電源與光伏電源之間將產(chǎn)生非同期合閘問題，對(duì)變電站和光伏電源機(jī)組產(chǎn)生沖擊和破壞。

1.3.2 線路L1具備重合閘功能

假設(shè)運(yùn)行線路L1發(fā)生故障，線路L1保護(hù)動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)進(jìn)行重合，如果投重合閘不檢，因?yàn)楣聧u的存在及其未知性，可能對(duì)電力系統(tǒng)及孤島內(nèi)設(shè)備造成損害和沖擊。如果進(jìn)行重合閘檢同期或檢無(wú)壓，則由于孤島的存在重合閘無(wú)法成功。同樣會(huì)延長(zhǎng)備自投動(dòng)作時(shí)間，影響供電質(zhì)量。

2 基于多點(diǎn)電壓判斷的自適應(yīng)分布式電源備自投邏輯

由上述分析可知，由于分布式光伏電源的影響，可能會(huì)導(dǎo)致備自投動(dòng)作失敗，降低供電可靠性。為了減少對(duì)備自投造成的不良影響，保證主供電源故障時(shí)快速恢復(fù)供電，可采集進(jìn)線電壓、光伏電源電壓、母線電壓，通過多點(diǎn)電壓進(jìn)行備自投邏輯處理，預(yù)判定孤島的發(fā)生。一方面閉鎖備自投動(dòng)作，等待防孤島保護(hù)延時(shí)切除光伏電源，使備自投滿足動(dòng)作邏輯，另一方面可以自適應(yīng)處理當(dāng)前邏輯狀態(tài)，適時(shí)的跳開光伏電源。

根據(jù)圖2可知，在進(jìn)線電源失電以后，光伏電源繼續(xù)供電，形成孤島系統(tǒng)。此時(shí)備自投閉鎖，當(dāng)防孤島保護(hù)經(jīng)T1時(shí)限延時(shí)動(dòng)作，斷開光伏小電源與電網(wǎng)的聯(lián)接后，10kV備自投才滿足母線無(wú)壓條件，備自投啟動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作邏輯。針對(duì)運(yùn)行線路是否投入重合閘功能及線路故障類型所產(chǎn)生的不同情況，分析如下。

（1）運(yùn)行線路不投入重合閘功能，進(jìn)線1在0時(shí)刻發(fā)生故障導(dǎo)致線路失壓，此時(shí)，光伏電源形成孤島系統(tǒng)，備自投閉鎖。防孤島保護(hù)經(jīng)T1時(shí)限動(dòng)作后，備自投啟動(dòng)執(zhí)行動(dòng)作邏輯，于T3時(shí)刻跳開1QF，T4時(shí)刻合上2QF恢復(fù)變電站對(duì)用戶供電。

（2）運(yùn)行線路投入重合閘功能，進(jìn)線1在0時(shí)刻發(fā)生瞬時(shí)性故障導(dǎo)致線路失壓，此時(shí)，光伏電源形成孤島系統(tǒng)，備自投閉鎖。防孤島保護(hù)經(jīng)T1時(shí)限動(dòng)作，T2時(shí)刻重合閘成功，備自投動(dòng)作返回，變電站負(fù)荷繼續(xù)由線路L1接帶。

（3）運(yùn)行線路投入重合閘功能，進(jìn)線1在0時(shí)刻發(fā)生故障導(dǎo)致線路失壓，此時(shí)，光伏電源形成孤島系統(tǒng)，備自投閉鎖。防孤島保護(hù)經(jīng)T1延時(shí)動(dòng)作，T2時(shí)刻保護(hù)重合閘動(dòng)作，但由于線路為永久性故障，保護(hù)再次跳開斷路器。此時(shí)備自投閉鎖時(shí)間到，檢測(cè)到母線、光伏電源仍有壓。T3時(shí)刻備自投跳1QF同時(shí)聯(lián)切光伏電源，T4時(shí)刻備自投動(dòng)作合上2QF，變電站恢復(fù)供電。

結(jié)合上述分析，建議線路重合閘的時(shí)限應(yīng)大于防孤島保護(hù)動(dòng)作T1時(shí)限。備投閉鎖時(shí)間設(shè)定為T3，T3時(shí)間需大于防孤島時(shí)間T1和重合時(shí)間T2。光伏電源恢復(fù)T5（T5>T4）后，如果10kV母線系統(tǒng)電壓和運(yùn)行頻率穩(wěn)定，光伏小電源可以恢復(fù)并網(wǎng)，根據(jù)國(guó)家光伏電站接入電網(wǎng)規(guī)定，恢復(fù)時(shí)間建議設(shè)定為20S。

3 結(jié)論

光伏電源的接入會(huì)造成一些不可控的情況發(fā)生，影響備自投裝置的快速、可靠動(dòng)作。在遇到需要合閘的情況時(shí)，如果進(jìn)行檢同期或檢無(wú)壓，則由于光伏孤島的存在將導(dǎo)致重合不成功，延長(zhǎng)備自投動(dòng)作時(shí)間，降低供電質(zhì)量，在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行中，需著重考慮并網(wǎng)電源的切除與備自投動(dòng)作的時(shí)限配合問題。

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內(nèi)蒙古巴彥淖爾電業(yè)局 內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市 015000endprint