淺談光伏電源接入配電網對饋線繼電保護的影響

【摘要】光伏電源是分布式電源的一種，現如今已經越來越成為了最為重要的電力電源形式。一些大規模的光伏電站接入到了配電網中，導致原先的單端配電網逐漸轉變為雙端甚至是多端的供電性網絡，這會引起配電網中的潮流分布出現一定的變化，當出現短路故障的時候，會發生繼電保護的誤動和拒動，從而對配電網的安全運行造成很大的影響。本文通過對光伏電源在接入配電網對饋線繼電保護帶來的影響展開了一定的分析和探討，提出相應的解決方案，希望對相關部門能夠有所幫助。

【關鍵詞】光伏電源；繼電網；饋線繼電保護；重合閘

隨著以化石原料為主體的傳統能源體系面臨著前所未有的危機，現在社會逐漸在發展以可再生能源為主體的新型能源，來代替傳統的能源。

國際能源署已經發布了2013世界能源年度展望報告，報告中預測到2035年，世界新增發電量的近一半都是可再生能源，風能和太陽能光伏電將占到可再生能源比重的45%。國際能源署預計到在亞洲，日本和韓國之外的國家將占到2013年到2035年主要能源需求增長的65%，中國的需求將在2035年超過美國和歐盟的總和。

可再生能源包括太陽能、水力、風力、生物質能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能等，它們在自然界可以循環再生。將可再生能源轉化為電能是我國智能電網建設的重要組成部分。

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變為電能的一種技術。優點是較少受地域限制，具有安全可靠、無噪聲、低污染、無需消耗燃料和架設輸電線路即可就地發電供電及建設同期短的優點。

不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽能電池板，組件、控制器和逆變器三大部分電子元器件構成，不涉及機械部件，所以，光伏發電設備極為精煉，可靠穩定壽命長、安裝維護簡便理論上講，光伏發電技術可以用于任何需要電源的場合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級電站，小到玩具，光伏電源無處不在。

目前，光伏發電產品主要用于三大方面：一是為無電場合提供電源，主要為廣大無電地區居民生活生產提供電力，還有微波中繼電源、通訊電源等，另外還包括一些移動電源和備用電源；二是太陽能日用電子產品，如各類太陽能充電器、太陽能路燈和太陽能草坪燈等；三是并網發電，這在我國已經大面積推廣實施。

1.光伏能源的發展分析

70年代開始，太陽能逐漸在社會中得到了廣泛的應用。到了80年代，盡管世界的經濟都在下滑，但光伏技術并沒有因此而減慢腳步，而是依舊以遞增趨勢發展著。90年代后期，世界上都意識到了太陽能的重要性，太陽能電池達到了供不應求的狀態，導致發展更加迅速。現如今，我們日常生活已經完全離不開太陽能了。照明、鐵路交通、廣播電視、郵電通信、軍事國防、農業牧業等等各個領域，都需要太陽能的幫忙。隨著制作光伏電源的成本越來越低，它也逐漸應用于更大更高難度的的工業應用領域，例如電動車充電系統、光電制氫和海水淡化等等。太陽能也有著更大的發展目標，希望能夠建造更多更大的補電站，為世界各地隨時隨地提供源源不斷的電能。

國家能源局對光伏發電實行年度規模管理，根據其的預計，2013年新增裝機約10GW。到2013年底，中國累計光伏裝機將達到16.5GW，其中分布式光伏項目為5.7GW，光伏電站約10.8GW。根據披露的數據顯示，2014年，江蘇、山東、浙江的光伏預裝機容量排在前三，其中江蘇累計預裝機容量為130GW，山東、浙江分部為120GW、110GW。

2.配電網的結構和饋線保護裝置

配電網是指由架空線路、電纜、配電變壓器、開關、無功補償電容和一些其他設施所組成，在電力網中起著重要的分配電能作用。配電網按照電壓的等級來分類，可以分為高壓配電網、中壓配電網和低壓配電網。如果按供電區的功能來分，又可將配電網分為城市配電網、農村配電網和工廠配電網等。而城市配電網一般都是指高壓配電網。配電網一般都采用閉環設計和開環運行的方式，它的結構呈輻射狀。

饋線保護包括瞬時電流、定時限電流和過電流三種速斷保護。

（1）瞬時電流的速斷保護，又被稱為電流速斷保護，指的是根據能夠躲過饋線末端短路時流過保護的最大三相短路電流來進行斷定，能夠快速的對故障展開切除工作。

（2）定時限電流速斷保護，則是和相鄰線進行共同配合保護整定。

（3）過流速斷保護，指的是根據能夠躲過饋線最大的負荷電流，結合與相鄰饋線和過流保護功能來實現共同配合保護，能夠在很大程度上保證相鄰饋線的安全。而就架空的饋線來說，電力人員應該為其配備一個三相一次重合閘。通過這樣的方式能夠在發生配電網故障的時候，迅速的發展問題并加以解決，從而盡快的恢復正常供電。而對于不與相鄰饋線進行保護整定配合的饋線，通常只需要采用瞬時電流速斷保護以及過電流速斷保護。

3.光伏電源接入配電網對饋線繼電保護的不利影響

近些年來，我國的光伏能源規模和容量都在迅速的擴大，也促使之前的單端配電網逐漸朝著多端方向發展，這種轉變可能會引起電網內故障電流的方向以及時間發生改變，從而使得繼電保護出現有誤動或者是拒動現象。從這個角度上看，對于光伏電源接入配電網中，對饋線繼電保護造成的影響研究是非常重要的，電力企業需要在保證獲取光伏電源的積極效益的同時，最大化的降低其所造成的不良影響。

在國際電網公司采用的技術規范《國家電網公司光伏電站接入電網技術規定》中，指出了當檢測到電網側發生短路時，光伏電站向電網輸出的短路電流應不大于額定電流的150%。如果電網側或者是饋線出現了任何形式的短路故障，都需要迅速的切除光伏電源光伏電站。在這種情況下，光伏電站的接入只會對饋線的電流速斷保護造成影響。然而在實際的電網系統運行過程中，卻更加的復雜化。當電網側或饋線發生故障時，光伏電站的電源基本上都不能馬上的跳離配電網。因此，我們應該想些其他方法來解決如何在光伏電源沒有正常跳離配電網時，又能做到配電網的保護。我們需要利用公式計算出短路電流的大小和方向，進而分析在光伏電源的不同位置、不同流量接入對配電網饋線的保護和重合閘的影響。

3.1 光伏電源對饋線電流保護的影響

例如如果將1MWp的并網電站通過一臺1MVA升壓變壓器，將其升壓為10KV，然后通過10kV饋線接到110KV變電站的某個10KV饋線接入系統中。未接入光伏電源時，電流速斷保護的速斷方向以及低電壓閉鎖保護的控制字都是退出狀態。當接入光伏電源后，有些饋線電流就會相應發生改變，同時產生的保護效果也會發生改變。當本線發生故障時，由于故障電流僅是由電網提供的，而與光伏電源無關，因此此時光伏電源的接入對饋線的保護是沒有任何影響的。但當有的饋線發生故障時，由于光伏電源的存在，給電路提供了短路電流，從而降低了保護電阻的靈敏度。也有的饋線或電網發生故障時，又會由于光伏電源的存在而使得檢測到的電阻的反向電流值小于速斷電流保護的定值，從而引起誤動。

3.2 對饋線重合閘的影響

在根本上，大多數配電網所出現的故障現象都是瞬時性的問題。在這個角度上看，在配電網系統中采用重合閘能夠有效地提升系統的穩定性，同時還能夠降低電網系統維護的工作量。在單端供電的配電網結構下，對架空饋線都是用重合閘來實現瞬時故障的供電的，這樣便可以很好的保護配電網的正常運行了。但隨著光伏電源的引入，這個問題就不那么簡單了。如果光伏電源與配電網之間的聯絡線在發生故障后跳開了，那么光伏電源就不會影響重合閘對配電網的保護作用。

但是在出現故障的時候，光伏電站電源如果并未及時的跳離饋線，則會同部分電網共同成為電力孤島。而光伏電源在保證孤島電源的條件下，會給重合閘造成巨大的安全隱患，直接影響到重合閘的正常功能運行，使得重合過程失敗或者是導致非同時期的重合閘。

3.3 對備用電源的影響

通常來說，主流電源在故障影響的情況斷開時，一般需要自動利用備用電源供電，以不影響正常的供電工作。而光伏電源在使用中，要求快速高效自動投入備用電源，并滿足同期合閘的要求，這樣做的目的是為防止非同期合閘產生強大沖擊電流，而破壞配電網和光伏電源設備。

4.總結

將光伏電源接入到配電網中，能夠提供大量的能源支持，節省大量的化石能源，改善了電力企業的供電水平。但是同時，光伏電源的接入也對饋線繼電保護造成了一定的影響，和電源的容量、接入位置以及其他方面的因素都有著密切的聯系。由于相當容量的光伏電源接入到不同位置的時候，會產生差異化的效果，極可能促進對饋線的保護，拓展其保護的范圍，也很可能進一步縮小該范圍。在這樣的前提下，電力系統需要采用相應的措施來保證光伏電源的接入能夠加強饋線繼電保護狀態，比如加裝方向原件就是一種有效的措施。在光伏電源測電力人員也能夠設置部分低頻設備，并且實行同期入網的方式，能夠避免對重合閘造成不良影響。總的來說，針對于光伏電源接入配電網對饋線繼電保護造成的各種影響，電力企業需要進行全面深入的探索，找到相應的解決措施，不斷的進行改正和完善，使得光伏電源能夠更好地為人們所利用。

參考文獻

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作者簡介：吳畏（1971—），男，華北電力大學電氣與電子工程學院電氣工程專業2010級在讀研究生，電力系統高級工程師，電力系統繼電保護高級技師。