光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響分析

劉振宗 陳智遠(yuǎn)

摘 要 本文在分析傳統(tǒng)配電網(wǎng)和光伏發(fā)電并網(wǎng)位置相關(guān)問題的前提下，進(jìn)而闡述了光伏發(fā)電并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響，主要分析了光伏發(fā)電并網(wǎng)給電流保護(hù)、重合閘、熔斷器、重合器和分分?jǐn)嗥鞯雀鱾€方面造成的影響。本文采取允許孤島運(yùn)行的保護(hù)方案，對光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)并入配電網(wǎng)后對繼電保護(hù)的影響進(jìn)行了充分的考慮，另外，本文還有針對性地提出了保護(hù)對策。

關(guān)鍵詞 光伏發(fā)電并網(wǎng)；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提升，人民對能源的需求量，尤其是對石油資源的需求量驟然提升。能源的大量開采和運(yùn)用，給人們的生活環(huán)境造出了極大的破壞，也給我們提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。隨之而來的就是各種各樣的環(huán)境問題，例如嚴(yán)重的霧霾、全球變暖等各類問題數(shù)不勝數(shù)，嚴(yán)重影響著人們的生活。不僅如此，由于人們生活對石油的依存度越來越高，大量的開采使得我國石油儲量的不斷減少，甚至給國家能源安全帶來了一定的威脅。眾所周知，能源安全不僅關(guān)乎著國家的安全和穩(wěn)定發(fā)展，也決定著人民生活水平的不斷提升。因此，國家在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時萬萬不可以犧牲環(huán)境為代價。面對這種情況，國家相關(guān)部門已經(jīng)指出，必須要尋找和開發(fā)新的能源潛力，進(jìn)一步發(fā)展電力技術(shù)，充分發(fā)掘電力潛能，改善我國當(dāng)前的能源問題。

1 概述

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，多分布式光伏電源并網(wǎng)已經(jīng)成為當(dāng)今時代的發(fā)展潮流，因此并網(wǎng)配電網(wǎng)引起的各種繼電保護(hù)問題也隨之出現(xiàn)并呈現(xiàn)出遞增趨勢，對配電網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生了十分嚴(yán)重的影響，面對這種局面電力工作者必須要加強(qiáng)對光伏并網(wǎng)問題的研究，從而能夠更好地接受挑戰(zhàn)。高容量、大規(guī)模的光伏發(fā)電電源涉網(wǎng)后就一定會對潮流分布造成影響，促使配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。但是原有的配電網(wǎng)的繼電保護(hù)是根據(jù)單電源輻射型結(jié)構(gòu)的保護(hù)采取整定措施的，因此，光電網(wǎng)規(guī)劃及運(yùn)行維護(hù)人員就一定要重新審視光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)問題，相關(guān)的科技工作者也必須要加強(qiáng)對此問題的研究和探索[1]。

2 傳統(tǒng)配電網(wǎng)及光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)位置

2.1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)概述

配電網(wǎng)的電壓等級可以依據(jù)高壓、中壓、低壓三個等級進(jìn)行分類，具體分類是指220V-380V為低壓配電網(wǎng)，6kV-10kV為中壓配電網(wǎng)、35kV-110kV為高壓配電網(wǎng)。從當(dāng)前情況來看，對配電網(wǎng)起到保護(hù)整定功能的主要是饋線。我國目前的保護(hù)配電網(wǎng)的配置原則依舊是依照其恒定的方向狀況進(jìn)行設(shè)計的。針對非終端線路則采取與其他保護(hù)相互配合的三段式電流保護(hù)。采取時間整定的方式確保保護(hù)的選擇性，從而更好地進(jìn)行全線路保護(hù)。為兼顧經(jīng)濟(jì)性原則，廣泛采用電流保護(hù)的方式進(jìn)行傳統(tǒng)饋線保護(hù)，一般利用反時限過電流保護(hù)來有效排除靠近系統(tǒng)電源端的故障。通常情況下使用定時限過電流保護(hù)及瞬時電流速斷保護(hù)對保護(hù)配置直接向用戶供電的饋線進(jìn)行簡化。瞬時電流速斷保護(hù)具有配合靈活、整定便捷且價格便宜的優(yōu)勢，依照饋線末端短路靈敏度非常好的原則及性能整定從而對全線進(jìn)行保護(hù)。但是，有時候其動作定值、靈敏度和保護(hù)范圍等無法達(dá)標(biāo)，同時在很大程度上會受到系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響。對于那些系統(tǒng)運(yùn)行方式變化率非常高的饋線與重要的電纜線路則更多的選擇采用距離保護(hù)的方式。為了確保非全電纜線路在出現(xiàn)瞬時故障的情況下可以迅速恢復(fù)供電，就需要配備三相一次重合閘，但大部分永久性故障電纜線路卻不適用于自動重合閘裝置。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)位置問題

從當(dāng)前情況來看，并入電網(wǎng)的光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)的位置主要有兩種，第一種是光伏系統(tǒng)和電網(wǎng)的低壓母線直接進(jìn)行連接，針對接入方式通常有兩種情況：第一種是帶有較大負(fù)荷的該低壓母線，正常運(yùn)行時PV與系統(tǒng)一起為本地負(fù)荷進(jìn)行供電；帶有較小負(fù)荷的該低壓母線，低壓母線負(fù)荷與系統(tǒng)在正常運(yùn)行時由PV進(jìn)行供電。另外一種是由光伏系統(tǒng)與并網(wǎng)系統(tǒng)共同向負(fù)荷進(jìn)行供電。經(jīng)變壓器通過高壓母線側(cè)接入[2]。

3 光伏發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

3.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)對電流保護(hù)和重合閘的影響

通常情況下，最為嚴(yán)重的故障是三相短路，在這種情況下也會對配電網(wǎng)造成非常嚴(yán)重的影響，因此在對系統(tǒng)涉網(wǎng)嚴(yán)重狀況進(jìn)行分析時，以系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下產(chǎn)生三相短路時的狀態(tài)來對并網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)安全界限進(jìn)行定義。光伏發(fā)電涉網(wǎng)保護(hù)問題不僅包括電流保護(hù)，還包括配置有重合閘前加速、后加速與保護(hù)電流的電配網(wǎng)，并因此而引起的自動重合閘問題。一旦因光伏系統(tǒng)發(fā)電電源和并網(wǎng)系統(tǒng)電源之間的連接線出現(xiàn)故障而引起保護(hù)動作，但是在自動重合閘重合之前，并網(wǎng)電網(wǎng)和光伏電源依舊連在一塊，光伏電源并沒有解列，那么光伏電源就會因?yàn)槿耘f給故障點(diǎn)供電，從而進(jìn)一步加大故障點(diǎn)處的電流，此外還會致使電弧不能夠熄滅，同時重合閘重合還會導(dǎo)致故障點(diǎn)電弧多次被引燃，以至于根本無法熄滅，如此一來可能導(dǎo)致臨時性故障轉(zhuǎn)化為永久性故障，帶來更為嚴(yán)重的損失。退而言之，也有可能會發(fā)生非同期合閘的情況，因?yàn)檫M(jìn)行重合閘之前的這個時間段內(nèi)，就算是故障點(diǎn)尚未徹底損壞介質(zhì)絕緣也極有可能導(dǎo)致配網(wǎng)及光伏電源出現(xiàn)破損，這是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)并沒有解列。

3.2 光伏發(fā)電并網(wǎng)對熔斷器、重合器和分段器的影響

熔電器作為一種電流保護(hù)器，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、成本較低等各種優(yōu)勢，在配電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及用電設(shè)備中十分常見。具有反時限特征的熔斷器，在電流大的情況下熔斷時間就會短，相反在電流小的情況下熔斷時間就會長，這種裝置在饋線自動化重合器與分?jǐn)嗥髋浜戏桨钢惺殖Ｒ姡梢栽谡〞r間段內(nèi)進(jìn)行故障電流的檢測動作并跳閘。重合器作為配電網(wǎng)自動化中的一種智能化開關(guān)設(shè)備，不僅具有控制功能還可以起到保護(hù)的作用。為了避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大，一般情況下在第一次、第二次被整定為快速分閘時，就能夠被預(yù)先整定重合器的動作程序快速指定分閘動作，有效排除瞬時故障。重合器之后的幾次動作都是有時限的，從而能夠更好地與分?jǐn)嗥髋浜稀７謹(jǐn)嗥鞯拈_關(guān)設(shè)備在失壓、無電流狀態(tài)時能夠自動進(jìn)行分閘主要分為有電壓-時間式和過電流脈沖計數(shù)型兩種，主要在隔離線路區(qū)段加以應(yīng)用。

4 光伏發(fā)電并網(wǎng)配電網(wǎng)保護(hù)對策

4.1 針對孤島運(yùn)行的保護(hù)方案

光伏發(fā)電涉網(wǎng)系統(tǒng)之后，有可能會對原有保護(hù)之間的配合造成一定的破壞，致使其不能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。針對配電網(wǎng)的繼電保護(hù)與安全自動裝置，當(dāng)前使用的一種保護(hù)方案是當(dāng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，針對涉及電網(wǎng)的光伏電源的處理方案主要包括并網(wǎng)配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時的孤島運(yùn)行方案與有計劃的孤島運(yùn)行兩種。在保護(hù)動作之前就從電網(wǎng)解列或采用反孤島對光伏電源進(jìn)行保護(hù)，在保護(hù)動作之后再將光伏電源退出電網(wǎng)。

4.2 保護(hù)對策

使用允許孤島運(yùn)行的保護(hù)方案的主要目的是更加有效的實(shí)施光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)實(shí)施方案。具體可以采用的保護(hù)方案包括依托通信系統(tǒng)的保護(hù)方案、基于廣域測量系統(tǒng)的保護(hù)方案、微電網(wǎng)條件下的保護(hù)方案。主要可以從如圖1幾個方面進(jìn)行研究。

簡而言之，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)位置上對每一條饋線增加起保護(hù)作用的方向元件，增強(qiáng)保護(hù)措施的選擇性，在靠近電源側(cè)首端進(jìn)行保護(hù)。在線路因?yàn)槌霈F(xiàn)故障而發(fā)生跳閘情況時，光伏系統(tǒng)與系統(tǒng)電源能夠斷開并能夠退出電網(wǎng)運(yùn)行。對故障區(qū)域位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，采用廣域測量系統(tǒng)盡最大努力對保護(hù)動作信息進(jìn)行有效搜集，避免保護(hù)對策出現(xiàn)錯誤。這樣就能夠有效縮小停電范圍，使供電系統(tǒng)更加可靠。如果出現(xiàn)永久性故障，那么故障點(diǎn)下游的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)會在很短的時間段內(nèi)斷供電源并形成孤島，帶部分負(fù)荷確保可以穩(wěn)定運(yùn)行。

5 結(jié)束語

本文對光伏發(fā)電系統(tǒng)涉網(wǎng)保護(hù)技術(shù)在配電網(wǎng)中的運(yùn)用進(jìn)行了分析，并對大容量、高配比的光伏電源并網(wǎng)給配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置及電網(wǎng)安全自動化裝置造成的影響進(jìn)行了詳細(xì)研究。例如，光伏電源并網(wǎng)對電流保護(hù)和重合閘的影響，光伏發(fā)電并網(wǎng)對熔斷器、重合器和分段器的影響，以及光伏電源并網(wǎng)對距離保護(hù)以及反時限過流保護(hù)帶來的不利影響等。面對這些不利影響可以采用允許孤島運(yùn)行保護(hù)方案，文中就此提出了相應(yīng)的保護(hù)對策。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳玉.配電網(wǎng)繼電保護(hù)整定運(yùn)行現(xiàn)狀分析與建議[J].低碳世界， 2016，（11）：58-59.

[2] 劉金鵬.城市配電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析[J].河南科技，2013， （21）：89.