分布式光伏電站并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護的影響

陳文勝

（福建首冠電力科技工程有限公司，福建廈門361021）

1 引言

作為一種太陽能利用的形式，光伏發(fā)電技術獲得了巨大進步，光伏產(chǎn)業(yè)也獲得了蓬勃發(fā)展，成為了我國電力資源的重要組成部分。分布式光伏電站的并網(wǎng)，又不可避免的影響配電網(wǎng)的繼電保護，因此，需要對原有的繼電保護配置進行優(yōu)化改進。

2 分布式光伏電站并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護造成的影響

一般來說，我國現(xiàn)行的中、低壓配電網(wǎng)供電形式絕大部分都是單電源的放射式網(wǎng)絡，接線形式也都比較簡單，并且配電網(wǎng)系統(tǒng)饋線內(nèi)無論是電流還是功率，其方向都是單一的，這樣對系統(tǒng)的保護整定及其以后擴容都十分有利[1]。配電網(wǎng)的繼電保護就是針對這種情況而進行相應的設置。通常情況下，在電壓等級為10kV的配電網(wǎng)中，基本上都是采用階段式的電流保護作為繼電保護裝置，而且?guī)缀鯖]有設置其他的方向元件。如果在配電網(wǎng)中接入分布式光伏電站，那么就改變了配電網(wǎng)的構成，以多電源共同使用的復雜系統(tǒng)取代了原先比較簡單的結構形式，使的流向朝著多樣化的形式發(fā)展。

2.1 影響三段式電流保護

在以往的配電網(wǎng)中，使用最為廣泛的電流配置保護裝置就是三段式電流，而在配電網(wǎng)中接入分布式光伏電站使原先的結構發(fā)生了變化，例如，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，而光伏發(fā)電會使電流流量大幅增加，進而造成故障電流也隨之增加，這些故障電流又都流向故障點，從而嚴重影響了電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，所以，對于三段式電力保護，光伏發(fā)電所產(chǎn)生的影響有以下三個方面。第一，對電路保護動作的敏感度造成影響。假如配電網(wǎng)發(fā)生意外故障，并且出現(xiàn)故障的位置處于光伏發(fā)電的下游線路，在接入光伏電站之前，只有系統(tǒng)向故障點輸送短路電流，此時對于繼電保護裝置而言，只要求對系統(tǒng)自身的電流進行相應處理。但是光伏電站接入配電網(wǎng)后，原有的配電系統(tǒng)以及接入的光伏電站都會對故障點提供短路電流，而此時對于原先的繼電保護裝置來說，其只可以對配電系統(tǒng)所提供的電流進行感知，由此在一定程度上降低了保護裝置的敏感度。第二，對電路保護動作的準確性造成影響。在分布式光伏電站并網(wǎng)之前，如果故障出現(xiàn)在饋線，只有配電系統(tǒng)會對故障點提供短路電路，而分布式光伏電站并入配電網(wǎng)之后，會瞬間增加流入故障點的短路電流，電流的突然增加對保護裝置會產(chǎn)生更大的影響，因此會瞬間對保護裝置的動作造成影響。第三，影響相鄰電路的保護動作。分布式光伏電站并網(wǎng)后，在有故障發(fā)生時，流經(jīng)故障點的電流會大量增加，此時因為故障點的絕緣效果，會迫使流經(jīng)故障點的電流向其他線路進行分流，因而會對相鄰線路造成影響，使其保護裝置發(fā)生錯誤動作。

2.2 影響自動重合閘

就目前來看，我國的配電線路的結構基本上都是單側電源，如果線路一旦出現(xiàn)短路情況系統(tǒng)便會立即進行自動重合閘，以此對故障點的供電進行切斷處理，避免影響配電網(wǎng)的運行[2]。假如分布式光伏電站并網(wǎng)后，如果有故障出現(xiàn)在光伏電站和配電系統(tǒng)的線路上，此時配電系統(tǒng)若在自動重合閘發(fā)生動作之前沒有切斷與光伏電站的連接，會造成光伏電站不斷的向故障點提供電流，因而使得重合閘動作時出現(xiàn)電弧重燃的情況，造成重合閘合閘失敗，進而嚴重威脅著整個配電網(wǎng)的運行安全，特別是嚴重影響了光伏發(fā)電。所以，在現(xiàn)行的保護基礎之上，如果出現(xiàn)故障，務必要求在自動重合閘發(fā)生動作之前切斷配電網(wǎng)中的光伏電站，并且要將反孤島保護設置在分布式光伏電站端。

2.3 影響熔斷器保護

在電力系統(tǒng)中，熔斷器是一種十分常見的自動保護裝置，如果線路中出現(xiàn)電流過大的情況，并且處于線路本身承受的范圍之外，此時熔斷器會自動進行切斷電路操作，使配電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行得以保障。通常情況下，安裝熔斷器的位置主要有兩個，一是電路的分支處，二是變壓器的高壓側。假如故障出現(xiàn)在電路的末端位置，此時熔斷器會立即進行切斷操作，保護電力線路，而要是將分布式光伏電站進行接入，會使線路的運行結構發(fā)生變化，使線路系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性大打折扣。

3 分布式光伏電站并網(wǎng)方式及其繼電保護設置

3.1 分布式光伏電站并網(wǎng)接入方式

分布式光伏電站并網(wǎng)具有兩種典型的接入方式。第一，統(tǒng)購統(tǒng)銷模式下的接入系統(tǒng)。這一方案的實施，必須先設置新的網(wǎng)點開關，設置位置應在公共電網(wǎng)10kV母線上，同時在新設的網(wǎng)點開關處接入分布式光伏電站所在的電纜，并網(wǎng)接入由此完成，在這個過程當中，需要注意的是，應將單位并網(wǎng)點的容量控制在400kW到6mW之間。第二，自發(fā)自用余量上網(wǎng)模式下的接入系統(tǒng)。這種方案的施行，需要在用戶獨立的10kV母線上重新設置一個輔助設施，即光伏接入柜，然后在光伏接入柜中接入分布式光伏電站所在的電纜。和第一種方案一樣，這種方案也需要將并網(wǎng)裝機容量控制在400kW到6mW之間。

3.2 分布式光伏電站并網(wǎng)保護配置

3.2.1 系統(tǒng)側的保護配置

對于110kV電壓，在設置故障解決保護配置時應當以母線段為單位，其中既涵蓋了高頻、低頻、高壓和低壓燈保護設施，也包括光伏電站連接線斷路器。在配電網(wǎng)10kV光伏電站連接線路中，應當對過電流設置保護設施，同時需要能夠進行方向元件投退，如果經(jīng)過驗證對反方向故障不能進行防治，那么就應該將方向閉鎖。在配電網(wǎng)側線路的保護方面，必須確保三相一次重合閘能夠正常發(fā)揮作用，而且在時間上，重合閘所需的時間應當不高于光伏電站切除所需的最長時間，此外，其功能必須要能夠檢測無壓，并具有同期功能。這是因為非同期合閘會造成巨大沖擊，進而造成嚴重的危害，因此需要避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。對于節(jié)點位置，配置斷路器應根據(jù)地區(qū)的相關規(guī)定采用合適的方式，其需要先調(diào)查分布式光伏電站的容量，然后才可進行專門配置。對于斷路器的保護，應采用常規(guī)的線路，此時重合閘的功能必須得到保證，并且能夠?qū)€路進行無壓檢測。

3.2.2 并網(wǎng)斷路器保護

通常來說，對于并網(wǎng)總斷路器來說，應當進行速斷和過流保護的配置，例如配置光纖差動保護、過流保護以及帶方向的過流保護等。此外，分布式光伏電站應當能夠?qū)聧u實現(xiàn)快速的監(jiān)測，并且能夠?qū)ζ渑c配電網(wǎng)的連接進行快速的切斷。而那些非計劃孤島，從發(fā)生孤島開始，到并網(wǎng)斷路器斷開結束，其時間應確保在2s之內(nèi)。同時對并網(wǎng)斷路器的功能也有所要求，要有低周、低壓解列功能和高周、高壓解列功能等。分布式光伏電站接入配電網(wǎng)后，應當設置間隙零序電壓、電流保護在系統(tǒng)變電站主變上。如果分布式光伏電站并網(wǎng)后，且在用戶內(nèi)部電網(wǎng)進行接入，所采用的并網(wǎng)方式為不可逆時，需要進行逆功率保護的配置。

4 結語

隨著清潔能源的發(fā)展，分布式太陽能光伏發(fā)電將會展現(xiàn)巨大的潛力，更大規(guī)模的光伏電源將會接入電網(wǎng)，其在我國未來電力系統(tǒng)中將占據(jù)重要地位。而與此同時，分布式光伏電站的并網(wǎng)接入對現(xiàn)行的電力系統(tǒng)將會帶來重大影響，光伏電源接入后，需要我們對電力系統(tǒng)的運行、管理及其規(guī)劃做出重要改變，才能使電力系統(tǒng)的運行更加安全穩(wěn)定。