智能配電網分布式光伏電源并網保護技術研究

饒鑫　吳祉嫻　劉濤

摘 要：隨著電力行業發展水平的不斷提升，新能源不斷被接入且在各個地區得到有效應用。基于此，文章就智能配電網分布式光伏電源并網保護技術進行研究，首先從實際案例出發，就分布式光伏電源在智能配電網中的應用價值進行分析，然后從故障分析和保護分析兩個角度探討分布式光伏電源對電流保護的影響，最后就運行方式、距離保護、繼電保護和分布式發電單元保護的技術方案給予說明。

關鍵詞：智能配電網；分布式；光伏電源；并網保護

中圖分類號：TM615 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0152-02

Abstract： With the development of the electric power industry， new energy sources have been connected and applied effectively in various regions. Based on this， this paper studies the protection technology of distributed photovoltaic power in smart distribution network. Firstly， the application value of distributed photovoltaic power in smart distribution network is analyzed from the actual case. Then， the influence of distributed photovoltaic generation on current protection is discussed from two aspects of fault analysis and protection analysis. Finally， the technical scheme of operation mode， distance protection， relay protection and distributed generation unit protection are explained.

Keywords： smart distribution network； distributed； photovoltaic power supply； grid-connected protection

引言

當前新能源的開發和應用已經成為社會各行業創新發展的重要課題，而電力行業的分布式光伏發電技術也得到極大發展。從實踐應用來看，光伏發電具有很大優勢，不僅能夠保護生態環境、緩解資源消耗，還能夠使電力系統的建設更加靈活。如今分布式光伏電源大量并入智能配電網，使電力網絡的部分安全自動裝置受到影響，因此有必要對并網保護技術進行研究，從而提高光伏發電的應用水平。

1 智能配電網分布式光伏電源的應用價值

1.1 案例分析

本文選擇的建設案例位于我國西北某地區，該地區具有優質的太陽輻射資源，每年平均的日照小時能夠達到2000以上，而每年平均的輻射量則超過5000MJ，因此極利于光伏發電技術的應用。為了保障該區域的用電安全及供電質量，國家投入資金建立光伏并網實驗示范基地，以166兆瓦總裝機容量的電站為區域供電。從實踐應用中可以看到，并入智能配電網的分布式光伏電源能夠有效緩解因傳統供電造成的環境壓力，避免資源的大量消耗，同時保障區域內的供電質量，因此具有極大的發展前景。隨著光伏發電技術的不斷成熟，分布式光伏電源不僅能夠在邊遠郊區供電，還能夠有效應用在城市建筑中，并且以10kV電壓并網接入110kV的變電站，使光伏發電技術的實用性大大提升，這不僅使城市公共電網的應用壓力大大緩解，還能夠促進電力行業獲得健康可持續發展。

1.2 中低壓配電網保護

就當前分布式光伏電源在智能配電網的應用來看，雖然取得光伏廠房、光伏大廈等建設成就，但是大容量光伏電源的并入仍然對智能配電網的運行帶來一定的影響，例如使潮流分布變得更加復雜、使輸出功率變得更加不穩定、產生諧波污染現象、造成電壓波動等，從而使電力計量受到極大影響，而且制約電力系統的安全平穩運行。以10kV中低壓配電網保護為例，現階段我國中低壓配電網主要有以下幾種類型構成，分別是不接地單側電源、輻射型供電模式、手拉手式運行模式、環網運行模式等，這些類型均屬于分段模式，因此會采用三段式電流保護作為保護措施，而且在配電網的斷路器部分裝置繼電保護裝置，在主饋線部分裝置重合閘保護裝置，在分饋線部分裝置斷路器保護裝置。雖然三段式電流保護能夠切除一般故障，但是無法應用分布式光伏電源并入智能配電網后的情況，因此必須對有效的并網保護方案進行詳細分析。

2 智能配電網分布式光伏電源并網保護技術方案

2.1 故障分析

已知三段式電流保護的范圍如圖2所示。當分布式光伏電源并入智能配電網后，傳統的三段式電流保護會受到以下幾種影響：

（1）分布式發電單元上游故障

當分布式發電單元的上游出現故障時，K1會出現短路現象，而處于另一條饋線部分的R3會得到保護，但是分布式發電單元的存在對R3的保護動作并沒有直接影響。在分布式發電單元短路故障后，系統S與分布式發電單元的關系就會變成并聯形式，因此線路會出現分流情況，使R1對電流的靈敏度嚴重下降，從而造成保護裝置拒動現象，使電路故障無法得到有效隔離。

（2）分布式發電單元下游故障

當分布式發電單元的下游出現故障時，K2會出現短路故障，而處于另一條饋線部分的R3會得到保護，但是分布式發電單元的存在對R3的保護動作并沒有直接影響。在下游故障發生后，系統S與分布式發電單元之間的關系會變得更加一致，并且共同為R2提供短路電流，使R2得到有效保護，因此分布式發電單元會使得R2接收到的電流變大，從而使線路故障得到及時切除。

（3）其他部分故障

其他部分的故障主要指的是同一母線的其他饋線故障，即K3發生短路現象，這時R2的位置與其他饋線部位不同，因此分布式發電單元的存在對R2的保護動作并沒有直接影響。當短路故障發生以后，系統S與分布式發電單元之間的關系會變得更加一致，從而為R3提供大量短路電流，使R3得到有效保護，這時R3的靈敏度會增強，能夠及時切除線路故障。但是R1只能依靠分布式發電單元提供故障電流，因此可能出現誤動現象。

2.2 保護分析

分布式發電單元在并入智能配電網后會出現以下幾種保護情況，分別是距離保護、縱聯差動保護和線路重合閘保護。就距離保護來看，系統S和分布式發電單元會同時對故障點提供電流，從而使阻抗的測量值發生一定的變化，使得距離保護的靈敏度及動作范圍發生相應的變化；就縱聯差動保護來看，當線路出現故障后，故障點會得到分布式發電單元提供的大量電流，因此該部分的電流值會顯著提升，但是檢測裝置只能接收到故障點的電流，因此導致保護裝置出現拒動現象；就線路重合閘保護來看，分布式發電單元無法與智能電網同步，因此會出現非同期合閘現象。

2.3 技術方案

（1）運行方式

對運行方式進行改進時，主要可以制定以下幾種技術方案：其一，切源方案。如果線路出現故障時，可以先將所有的分布式發電單元斷開，然后采取常用的保護措施維護電力系統的正常運行，但是當故障發生在分布式發電單元部分，就應該使分布式發電單元及時跳離智能配電網。這一保護動作需要與重合閘動作互相配合，一般需要在重合閘動作發生前完成；其二，孤島方案。當出現線路故障后，分布式發電單元獨立承擔供電作用，將智能配電網劃分為若干個孤島，從而對故障的范圍給予有效控制。在這種技術方案下，要移除原本的線路保護裝置，對整個保護系統進行重新規劃。

（2）距離保護

在對距離保護的技術方案進行改進時，可以對距離繼電器進行有效應用。這種保護裝置具有四邊形特性，能夠對微機線路給予有效保護。在實踐應用過程中，距離繼電器可以對距離和方向給予精確測量，并且使整定電阻分量和整定三段式電抗定值得到詳細要求，以此達到距離保護的目的。

（3）繼電保護

在對繼電保護的技術方案進行改進時，主要采用以下幾種途徑：其一，繼電保護邏輯方案。這種方案對繼電保護具有顯著優勢，不僅能夠擴大應用范圍、降低計算難度，還能夠有效控制規劃建設的成本；其二，TCM方案。這一方案主要以繼電保護裝置的時限為依據，然后選擇時限最短的組成最優方案，使故障能夠在最短時間內被切除；其三，電流分量檢測方案。這一方案只將零序和負序電流的分量進行對比，然后采用過電流保護措施，當數值達到設定值時就會啟動保護動作。

3 結束語

隨著新能源技術的不斷發展與應用，針對智能配電網分布式光伏電源并網保護技術的探究非常必要，現階段光伏發電技術已經在電力系統中得到廣泛應用，但是大容量光伏電源的并入卻使智能網絡的運行受到一定影響，為了增強電力系統運行的安全性和穩定性，必須對并網保護技術進行有效應用，從而使智能配電網的運行方式、距離裝置、繼電裝置、分布式發電單元都正常運行。希望本文能夠為研究這一課題的相關人員提供參考。

參考文獻：

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