分布式光伏電站并網對配電網繼電保護的影響

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，光伏發電技術獲得了巨大進步，光伏產業也獲得了蓬勃發展，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，又不可避免的影響配電網的繼電保護，因此，需要對原有的繼電保護配置進行優化改進。

2 分布式光伏電站并網對配電網繼電保護造成的影響

一般來說，我國現行的中、低壓配電網供電形式絕大部分都是單電源的放射式網絡，接線形式也都比較簡單，并且配電網系統饋線內無論是電流還是功率，其方向都是單一的，這樣對系統的保護整定及其以后擴容都十分有利[1]。配電網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，而且幾乎沒有設置其他的方向元件。如果在配電網中接入分布式光伏電站，那么就改變了配電網的構成，以多電源共同使用的復雜系統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展。

2.1 影響三段式電流保護

在以往的配電網中，使用最為廣泛的電流配置保護裝置就是三段式電流，而在配電網中接入分布式光伏電站使原先的結構發生了變化，例如，如果系統出現故障，而光伏發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的運行狀態，所以，對于三段式電力保護，光伏發電所產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。假如配電網發生意外故障，并且出現故障的位置處于光伏發電的下游線路，在接入光伏電站之前，只有系統向故障點輸送短路電流，此時對于繼電保護裝置而言，只要求對系統自身的電流進行相應處理。但是光伏電站接入配電網后，原有的配電系統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之前，如果故障出現在饋線，只有配電系統會對故障點提供短路電路，而分布式光伏電站并入配電網之后，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后，在有故障發生時，流經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，如果線路一旦出現短路情況系統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，避免影響配電網的運行[2]。假如分布式光伏電站并網后，如果有故障出現在光伏電站和配電系統的線路上，此時配電系統若在自動重合閘發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的運行安全，特別是嚴重影響了光伏發電。所以，在現行的保護基礎之上，如果出現故障，務必要求在自動重合閘發生動作之前切斷配電網中的光伏電站，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，使配電網的安全、穩定運行得以保障。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生變化，使線路系統運行的穩定性大打折扣。

3 分布式光伏電站并網方式及其繼電保護設置

3.1 分布式光伏電站并網接入方式

分布式光伏電站并網具有兩種典型的接入方式。第一，統購統銷模式下的接入系統。這一方案的實施，必須先設置新的網點開關，設置位置應在公共電網10kV母線上，同時在新設的網點開關處接入分布式光伏電站所在的電纜，并網接入由此完成，在這個過程當中，需要注意的是，應將單位并網點的容量控制在400kW到6mW之間。第二，自發自用余量上網模式下的接入系統。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裝機容量控制在400kW到6mW之間。

3.2 分布式光伏電站并網保護配置

3.2.1 系統側的保護配置

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。在配電網側線路的保護方面，必須確保三相一次重合閘能夠正常發揮作用，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象的發生。對于節點位置，配置斷路器應根據地區的相關規定采用合適的方式，其需要先調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，應采用常規的線路，此時重合閘的功能必須得到保證，并且能夠對線路進行無壓檢測。

3.2.2 并網斷路器保護

通常來說，對于并網總斷路器來說，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對孤島實現快速的監測，并且能夠對其與配電網的連接進行快速的切斷。而那些非計劃孤島，從發生孤島開始，到并網斷路器斷開結束，其時間應確保在2s之內。同時對并網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后，應當設置間隙零序電壓、電流保護在系統變電站主變上。如果分布式光伏電站并網后，且在用戶內部電網進行接入，所采用的并網方式為不可逆時，需要進行逆功率保護的配置。

4 結語

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