光伏并網(wǎng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

蘇 闊，王 俊，丁 浩

(1. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021；2. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司，長(zhǎng)春 130021)

當(dāng)前吉林地區(qū)光伏并網(wǎng)容量逐年攀升，尤其在西部地區(qū)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。原有的保護(hù)配置方案主要建立在單電源的輻射式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，大量分布式光伏的并網(wǎng)使得地區(qū)配電網(wǎng)變?yōu)槎嚯娫窗l(fā)散式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，原有保護(hù)方案的可靠性受到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-2]。本文利用電磁暫態(tài)仿真(PSCAD)軟件仿真分析了光伏并網(wǎng)前后對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響，并對(duì)光伏并網(wǎng)后的保護(hù)配置給出了建議。

1 光伏并網(wǎng)后故障位置不同對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

圖1 配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)配置及故障點(diǎn)設(shè)置

當(dāng)前傳統(tǒng)的配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是單電源輻射電網(wǎng)，通常繼電保護(hù)裝置所配置的主保護(hù)為不判別方向的三段式過流保護(hù)，為了全面分析光伏并網(wǎng)后對(duì)原區(qū)域電網(wǎng)潮流分布的影響，引用模型通過PSCAD軟件進(jìn)行仿真分析，模型采用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)見圖1，圖中B1～B7為線路保護(hù)的安裝位置，K1～K5為故障點(diǎn)的設(shè)置位置，Zs為系統(tǒng)等值電抗，I1～I(xiàn)7為電流。系統(tǒng)參數(shù)見表1。

在未接入光伏電源時(shí)，系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下電流I1、I2、I3、I4分別為0.205 kA，I5為-0.205 kA，I6為0.228 kA，I7為2.308 kA。

下面分析光伏并網(wǎng)前后，在不同的故障位置時(shí)，各線路流經(jīng)的故障電流情況。本文設(shè)定光伏的接入位置在母線C處，裝機(jī)容量為5 MW。

表1 仿真配電網(wǎng)相關(guān)參數(shù)

1.1 故障點(diǎn)設(shè)置在光伏并網(wǎng)所在線路的下游

光伏并網(wǎng)前后，在K2處發(fā)生三相短路故障流經(jīng)各線路保護(hù)的故障電流見表2。比較光伏并網(wǎng)前故障電流與光伏并網(wǎng)后故障電流，光伏并網(wǎng)前I2與I3電流為2.322 kA，光伏并網(wǎng)后I2為2.623 kA，I3為1.953 kA, 可以得出光伏并網(wǎng)后對(duì)其線路上游有汲出作用，對(duì)其線路下游有助增作用。流經(jīng)B2保護(hù)的短路電流增加，使得B2保護(hù)的電流速斷保護(hù)范圍增大，若B2主保護(hù)的保護(hù)范圍擴(kuò)大至線路DE，很可能造成B1保護(hù)與B2保護(hù)無法配合，給保護(hù)的選擇性造成影響。與此同時(shí)，流經(jīng)B3保護(hù)的短路電流減小，使得B3保護(hù)的電流速斷保護(hù)范圍縮小，可能造成保護(hù)的拒動(dòng)。

表2 K2處發(fā)生三相短路時(shí)網(wǎng)架電流分布 kA

1.2 故障點(diǎn)設(shè)置在光伏并網(wǎng)所在線路的上游

光伏并網(wǎng)前后，在K4處發(fā)生三相短路故障流經(jīng)各線路保護(hù)的故障電流見表3。光伏并網(wǎng)前后I4電流分別為8.879 kA、8.870 kA，光伏并網(wǎng)并不影響保護(hù)B4的速動(dòng)性和選擇性，而電流I3數(shù)值變?yōu)樨?fù)值，電流I5數(shù)值變?yōu)樨?fù)值，光伏并網(wǎng)點(diǎn)及其線路下游形成孤島。

表3 K4處發(fā)生三相短路時(shí)網(wǎng)架電流分布 kA

2 光伏并網(wǎng)位置不同對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

以下分析配電系統(tǒng)故障位置不變，光伏并網(wǎng)位置不同時(shí)，各線路流經(jīng)的故障電流情況。本節(jié)設(shè)定故障位置為K2，故障類型為三相短路故障，光伏裝機(jī)容量為5 MW。

2.1 光伏電源并網(wǎng)點(diǎn)在配電網(wǎng)主母線處

光伏并網(wǎng)點(diǎn)在主母線處，相當(dāng)于增加電源側(cè)的總?cè)萘?，因此?dāng)下流線路存在故障時(shí)，光伏并網(wǎng)對(duì)故障線路的短路電流有助增作用。光伏并網(wǎng)點(diǎn)不同時(shí)故障電流分布見表4，通過表4中I2數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，光伏并網(wǎng)點(diǎn)距離故障點(diǎn)越近，其對(duì)短路電流助增程度越強(qiáng)。

表4 光伏并網(wǎng)點(diǎn)不同時(shí)故障電流分布 kA

2.2 光伏電源并網(wǎng)點(diǎn)在配電網(wǎng)相鄰饋線處

在饋線L2母線F處并入光伏電源，光伏并網(wǎng)前后故障電流分布見表5。比較發(fā)現(xiàn)光伏并網(wǎng)在相鄰饋線后，對(duì)故障線路的短路電流無顯著影響。

表5 光伏并網(wǎng)前后故障電流分布 kA

3 光伏并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)重合閘的影響分析

假設(shè)光伏并網(wǎng)點(diǎn)為母線D處(見圖1)，其所在饋線配置重合閘功能。當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生瞬時(shí)短路故障時(shí)，如果保護(hù)B2的重合閘時(shí)間早于光伏電源的切除時(shí)間，即保護(hù)B2所在斷路器重合時(shí)，故障點(diǎn)所在的電弧并未熄滅，可能造成電弧重新燃燒，絕緣擊穿，從而存在斷路器重合失敗，事故范圍擴(kuò)大的可能。

4 結(jié)論及建議

本文通過仿真軟件分析了光伏并網(wǎng)后故障位置不同以及光伏并網(wǎng)位置不同時(shí)整個(gè)配電網(wǎng)架的故障電流的分布情況，通過分析發(fā)現(xiàn)，并網(wǎng)光伏對(duì)其上游饋線有汲出作用，對(duì)下游饋線有助增作用；在特定故障狀態(tài)下，光伏并網(wǎng)點(diǎn)及其下游饋線存在孤島的效應(yīng)；光伏并網(wǎng)前后其他饋電線路的短路電流無明顯影響；同時(shí)光伏并網(wǎng)后，其所在饋線存在斷路器重合失敗，事故范圍擴(kuò)大的可能，故提出以下建議。

a.光伏并網(wǎng)后，其相鄰饋線的電流保護(hù)無須重新整定，并網(wǎng)饋線的電流保護(hù)均需要重新整定，并且需要增加方向性判據(jù)，其整定方法可以參考文獻(xiàn)[3-4]。

b.有光伏接入的變電站，建議設(shè)置故障解列保護(hù)，遠(yuǎn)跳光伏電站的出口斷路器或聯(lián)跳光伏線路的并網(wǎng)斷路器。若饋線線路有線路電壓互感器，不宜采用快速重合閘，且重合閘動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與光伏電源切除時(shí)間相配合。

c.光伏電源側(cè)的保護(hù)配置。光伏的并網(wǎng)線路宜設(shè)置差動(dòng)保護(hù)及方向性的過流保護(hù)，若配置重合閘，其動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與光伏電源切除時(shí)間相配合。

d.制定防孤島措施。光伏并網(wǎng)點(diǎn)及其下游饋線存在孤島的可能性，影響區(qū)域電網(wǎng)的系統(tǒng)穩(wěn)定性。同時(shí)若上一級(jí)線路重合閘為檢無壓方式，孤島區(qū)域的不穩(wěn)定電壓將導(dǎo)致上一級(jí)線路重合閘動(dòng)作失敗，進(jìn)而降低區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性，因此需要制定相應(yīng)的防孤島保護(hù)策略。