光伏发电并网对配电网继电保护的影响及对策研究

王有庆　范义　蔚文鑫

摘 要：文章首先介绍了传统配电网及光伏发电并网位置问题；然后对光伏发电对配电网继电保护的影响进行了阐述，分别针对电流保护和重合闸的影响，对熔断器重合器及分段器的影响等多个方面进行了阐述。文章采用的保护方案为允许孤岛运行，需要考虑光伏发电系统涉网保护并入配电网后对继电保护的影响，文中也提出了相关的保护对策。

关键词：光伏发电并网；配电网；继电保护；影响；对策

1 概述

全世界范围内都在大力发展光伏发电技术，发展迅猛。光伏发电系统中多分布式光伏电源并网成为发展潮流时，并网配电网引起的继电保护问题也就越来越多，对配电网保护的影响也就越来越严重，这带来的问题和挑战值得电力工作者重新审视光伏并网问题。高容量大规模的光伏发电电源涉网后必定会影响潮流分布，改变配电网的网络结构，而原有配电网的继电保护问题是基于单电源辐射型结构的保护进行整定，可见，光伏发电涉网保护问题是电网规划及运行維护人员需要重大考虑的一大问题，值得科技工作者进行相关的研究。

2 传统配电网及光伏发电涉网保护位置

2.1 传统配电网概述

按照高、中、低压三个等级可以分类配电网的电压等级，低压配电网（220～380V），中压配电网（6kV～l0kV）和高压配电网（35kV～110kV）。目前，主要集中于馈线对配电网进行保护整定。我国配电网目前保护配置原则还是针对以单电源辐射网络为主，按照其恒定的潮流方向情况而设计。采用和其它保护相配合三段式电流保护来针对非终端线路。以时间整定的形式来实现保护的选择性进而实现全线路保护。为照顾到经济性，电流保护广泛的应用于传统的馈线保护，通常采用反时限过电流保护来尽快切除靠近系统电源端的故障。对于一般采用定时限过电流保护和瞬时电流速断保护来简化保护配置直接向用户供电的馈线。瞬时电流速断保护整定方便、配合灵活、价格便宜，按馈线末端短路有足够灵敏度原则整定以保护全线。但有时难以达标其动作定值、灵敏度及保护范围，且其受系统运行方式变化的影响较大。一些系统运行方式变化率高的馈线和重要的电缆线路大多选择使用距离保护。保证在非全电缆线路其发生瞬时故障时快速恢复供电应配置三相一次重合闸，大多是永久性故障电缆线路对于自动重合闸装置来说是不适用的。

2.2 光伏发电系统涉网保护位置问题

目前并入电网的光伏发电涉网保护的位置有两种情况：一种是光伏系统直接与电网的低压母线连接，可能出现两种情况针对接入方式：（1）所带负荷较大的该低压母线，本地负荷由正常运行时PV和系统一起供电；（2）所带负荷小的该低压母线，正常运行时PV向低压母线负荷和系统同时提供电能。为减少了低压母线所带负荷从系统的涉及容量来提PV。另一种是光伏系统和并网系统一起对负荷供电。从高压母线侧接入经变压器。

3 光伏发电对配电网继电保护的影响

3.1 光伏发电并网对电流保护和重合闸的影响

三相短路的故障一般最为严重，此情况对配电网的影响也更大，故分析系统涉网严重情况，在系统最大运行方式下发生三相短路时的情况来定义并网系统的保护安全界限。光伏发电涉网保护问题除了针对电流保护之外，配置有重合闸前加速和后加速以及保护电流的电配网，也由此产生自动重合闸问题，当光伏系统发电电源与并网系统电源之间联接线发生故障导致保护动作后，在自动重合闸重合之前，并网电网仍然与光伏电源联络在一起，光伏电源没有解列，光伏电源就会继续加大故障点的故障电流，因为其继续向故障点供电，并且会导致电弧无法熄灭，并且重合闸重合会使故障点电弧阶跃重燃，甚至无法熄灭，使临时性故障转变成永久性故障，造成巨大损失。退一步讲，发生非同期合闸的可能性还是有的，原因是重合闸动作前的这段时间即使故障点没有使介质绝缘彻底损坏，也可能会对配网和光伏电源造成破坏和冲击，因为光伏发电系统和电网并网并未解列。

3.2 光伏发电并网对熔断器重合器及分段器的影响

广泛应用于配电系统、控制系统和用电设备中的熔断器是一种具有结构简单、成本低和操作方便等优点的电流保护器。反时限特性的熔断器电流大则熔断时间短，电流小则熔断时间长。经常采用应用于馈线自动化重合器和分段器配合的方案中。能并在整定时间内动作检测故障电流跳闸。常使用在配电网自动化中的智能化开关设备之一重合器具有控制和保护功能。

为防止事故扩大，通常第一、二次被整定为快速分闸，可以被预先整定重合器的动作程序指分闸动作快速，以消除瞬时故障。重合器后面几次动作都带有时限，以便和分段器进行配合。分段器开关设备在失压或无电流情况下是可以自动分闸的。有电压——时间式、过电流脉冲计数型这两大类。它在配电网中用于隔离线路区段。

4 光伏发电并网配电网保护对策

4.1 针对孤岛运行的保护方案概述

光伏发电涉网系统后，可能会破坏原有保护之间的配合，导致无法正常动作。对于配电网的继电保护和安全自动装置，现有光伏发电系统涉网保护方案是在对于发生故障的配电网，采取相关处理对涉及电网的光伏电源，处理方案有两大方面：当并网的配电网发生故障时孤岛运行和有计划的孤岛运行。将从电网解列或者由反孤岛保护光伏电源就在保护动作之前将光伏电源退出电网在保护动作之后。

4.2 保护对策的研究

文章采用允许孤岛运行的保护方案。这样做的目的就是为了更好的实现光伏发电系统涉网保护实施方案。依据前面概述及分析针对孤岛运行的保护方案，考虑导致配电网的保护方案及光伏发电系统涉网保护方案都有哪些影响。为实现有效的保护措施，介绍一些可以应用的保护方案。

依托通信系统的保护方案；微电网条件下的保护方案；基于广域测量系统的保护方案。从以下几个方面可以进行研究。基于重合闸前加速和电流保护配合的保护方案的改进；改进基于重合闸后加速配合电流保护的保护方案；改进对配置熔断器保护方案；改进对重合器和电压一时间式分段器配合原则；改进对距离保护；改进对反时限过电流保护；研究基于纵联保护的方案。

针对目前主流的保护方案，主要包括提出了以广域测量系统为基础的保护方案，依靠通讯系统和以微电网为条件的保护。之后改进现有配电网原有保护配置。分类概述方法是依据将含有光伏电源的配电网的保护方案是否允许孤岛运行，孤岛的形成模式以及事先解列点的选择方式进行描述。

综上，在光伏并网系统位置处加装每条馈线保护的方向元件，使保护具有选择性，在靠近电源侧首端保护。保护当线路发生故障动作跳闸后，光伏系统和系统电源断开电气联系的从电网退出运行。准确定位故障区位通过广域测量系统收集多点保护动作信息，防止保护误动。以减少停电范围，提高供电可靠性为目标，如果是永久性故障发生，则故障点下游的光伏发电并网系统以短时间断供电模式形成孤岛，带部分负荷稳定运行。

5 结束语

文章通过分析光伏发电系统涉网保护技术在配电网领域的应用，详细阐述了大容量高配比的光伏电源并网会对配电网的继电保护装置和电网的安全自动化装置带来的影响。如光伏电源并网配电网后给电流保护与重合闸、熔断器、重合器与分段器、距离保护以及反时限过流保护所造成的不利影响。文中所述，对光伏涉网保护方案论述允许采用孤岛运行方案，建议考虑并网钱光伏发电与欲接入配电网需要容量的配比关系，进一步的提出了相关的保护对策。

参考文献

[1]陈洁.光伏发电并网对配电网保护的影响及对策[D].山东理工大学，2012.

作者简介：王有庆（1976-），男，汉族，甘肃省张掖市人，工程师，研究方向：电力系统及其自动化，从事供电公司电网检修工作。