分布式電源并網的繼電保護及安全自動裝置配置探討

（國網北京市電力公司電力調度控制中心，北京 100031）

分布式電源并網的繼電保護及安全自動裝置配置探討

席原

（國網北京市電力公司電力調度控制中心，北京 100031）

分布式電源作為一個全新的技術形式，在現階段經濟發展與社會生活中發揮著越來越重要的作用。所謂分布式電源，是指用戶能夠借助于相關設備與技術，在一定的空間環境內，實現電力資源的有效供給與使用，并將其與配電網絡進行連接，實現電力的有效調控。分布式電源涵蓋了太陽能、生物能、地熱能、潮汐以及風能等多種資源。為落實國家能源政策，促進分布式電源健康發展，提高電網安全，有效接納分布式電源的能力，需對分布式電源并網的繼電保護及安全自動裝置相關技術和方案進行探討。

光伏；電力系統；繼電保護

1 接入系統一次方案

（1）供電范圍。本文以光伏發電項目需接入如某110kV變電站為例，分析分布式電源并網的繼電保護相關技術路線。正常運行方式下，光伏發電供電范圍為該變電站2#主變的10kV 5# 母線所帶負荷。

（2）上網電壓等級。本光伏發電項目共1 個并網點，采用10kV電壓等級接入系統。

（3）接入系統方案。光伏電站在使用的過程中，為了保證電力資源的高效傳輸與科學使用，避免不必要的資源浪費。在進行光伏電站與電網連接的過程中，通常情況下會使用高壓配電柜作為媒介，將二者進行有機結合，其接入方式如圖1所示。

圖1 接入系統方案圖

現狀正常運行方式下，變電站112、114、116開關閉合，145、245斷開，1#、2#主變分列運行，112、114開關分帶110kV 4#和5#母線，當線路發生N-1故障時，112（114）開關無壓掉閘，自投145開關，由非故障線路進行供電；201、202分帶10kV 4#和5#母線，當主變檢修或故障的情況下，201（202）開關斷開，自投245開關，由非故障主變進行供電。

如果處于正常的運作模式下，電力系統內部用戶端的變壓器將會由變電站10kV 5#母線所屬的相關線路進行供電操作；當光伏發電站并入輸配電網絡之后，傳統的輸配電模式發生了一定的變化，電力用戶將由光伏發電站進行直接供電，從而分擔了傳統電力網絡的供電壓力。同時由于光伏發電站的特殊性，一旦發生故障，用戶可以從原有配電線路中獲得電力支持，為生產生活的正常進行提供了穩定的電力支持。

光伏電站在與電網進行并入操作的過程中，為了保證并入效果，光伏電站與10kV的出現進行連接，并借由211開關進入到配電柜之中。這種并入方式使得光伏電站不僅能夠為變壓器附近的用戶提供充足穩定的電力供應，還能夠將剩余的電量輸入到其他支線之中，將電網的工作效率與質量進行提升。同時這種操作方式也使得電力網絡對電力資源得以有效容納，避免了電力資源的浪費與損耗。當技術人員對線路進行檢修的過程中，斷開相關線路，就可以完成相關檢修工作。

2 相關技術要求

（1）電能質量。光伏發電機制與傳統的發電系統有所差異，其具有波動性與間歇性等特征，加之光伏發電以太陽能作為主要來源，在實際操作的過程中，需要進行轉換器的設置，將太陽能產生的電流由直流轉化為交流，保證大功率用電器的電力消耗需求。同時在這一過程中，光伏發電機會對原有的電力網絡帶來一定的影響，因此需要技術人員從諧波、偏差電壓、電壓分量等幾個層面入手，不斷進行負荷調整，使得電力資源得到穩定使用。由光伏發電系統公共連接點的電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波、三相電壓不平衡、間諧波等電能質量指標應滿足GB/T 12325、GB/T 12326、GB/T 14549、GB/T 15543、GB/T 24337等電能質量國家標準規定。

（2）頻率異常時的響應特性。光伏發電項目在進行設計與規劃的過程中，要努力提升系統耐受異常頻率的能力，如表1所示。

表1 光伏電站在電網頻率異常時的響應要求

3 系統保護及安全自動裝置

（1）分布電源側10kV線路保護。光伏電站至新建用戶配電柜發生線路故障的過程中，線路保護機制應及時工作，在短時間內進行故障的排除。故本項目光伏電站至新建用戶配電柜10kV線路配置過流速斷（方向）保護。

（2）防孤島檢測及安全自動裝置。在光伏電站一端進行自動裝置的規劃，對頻率電壓進行控制，對斷路器以及滑差閉鎖功能、判斷短路功能和低頻、低壓解列功能以及高頻率、高電壓切機功能。光伏電站逆變器必須具備快速監測孤島且監測到孤島后立即斷開與電網連接的能力（監測及動作時間在0.2S以內），其防孤島方案應與繼電保護配置、安全自動裝置配置和低電壓穿越等相配合，時間上互相匹配。

（3）新建用戶配電柜10kV側保護。新建用戶配電柜至變電站10kV線路架空線路發生短路故障時，線路保護應能快速動作，滿足故障時快速可靠切出故障的要求。故用戶新建配電柜進線201開關配置過流速斷（方向）保護且針對211開關加裝閉鎖功能，即任何情況下，用戶新建配電柜10kV母線故障時，201開關斷開聯掉211開關。

（4）系統側保護。①變電站10kV線路保護。變電站10kV線路保護裝置，應具備三段式定時限過流保護（可經低電壓、方向閉鎖）、三段式定時限零序過流保護（可經方向閉鎖）、小電流接地選線、過負荷保護、合閘加速保護、低周減載保護、低壓解列功能、三相一次重合閘等保護功能。②變電站10kV母線保護。應確保當變電站10kV母線發生三相接地故障時，通過光伏電站向變電站10kV母線流入的反向最大短路電流不超母線保護的定值。即該線路區外故障時，不會引起保護誤動作。③變電站10kV母聯自投。應確保光伏電站接入系統后變電站245開關能夠正常投切且通過光伏電站向變電站流入的反向電流較小不會引起245開關后加速保護動作。④變電站110kV母聯自投。應確保光伏電站接入后，系統產生的110kV母線剩余電壓較小，不會影響變電站進線開關的無壓掉閘與145的自投。南口110kV變電站出現故障停電后，在分布式電源孤島保護動作前，線路及母線側存在殘存電壓，在設定孤島保護動作時間到達后，切開線路，電壓歸零。⑤變電站主變零壓保護。由于10kV線路接地時產生的過電壓影響110kV線路和變壓器及相關設備的安全，還應在2#變壓器中性點加裝零序過電壓保護，零序過電壓保護動作時，可靠跳開分布式電源的并網開關。

4 結語

近年來，我國不斷進行電力網絡的升級優化，在對傳統發電方式進行調整的同時，立足于現階段電力技術的實際，對新的發電技術進行探索。分布式發電作為一項新的發電技術，其有著較大的發展潛力。我國正處于分布式發電技術研究的初級階段，相關技術仍舊不成熟，需要技術人員立足于發展的實際，不斷進行技術創新，提升分布式電源在我國電力網絡中的作用。

[1]楊珮鑫,張沛超.分布式電源并網保護研究綜述[J].電網技術,2016.

[2]沈鑫,曹敏.分布式電源并網對于配電網的影響研究[J].電工技術學報,2015.

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