分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响

陈文胜

（福建首冠电力科技工程有限公司，福建厦门361021）

1 引言

作为一种太阳能利用的形式，光伏发电技术获得了巨大进步，光伏产业也获得了蓬勃发展，成为了我国电力资源的重要组成部分。分布式光伏电站的并网，又不可避免的影响配电网的继电保护，因此，需要对原有的继电保护配置进行优化改进。

2 分布式光伏电站并网对配电网继电保护造成的影响

一般来说，我国现行的中、低压配电网供电形式绝大部分都是单电源的放射式网络，接线形式也都比较简单，并且配电网系统馈线内无论是电流还是功率，其方向都是单一的，这样对系统的保护整定及其以后扩容都十分有利[1]。配电网的继电保护就是针对这种情况而进行相应的设置。通常情况下，在电压等级为10kV的配电网中，基本上都是采用阶段式的电流保护作为继电保护装置，而且几乎没有设置其他的方向元件。如果在配电网中接入分布式光伏电站，那么就改变了配电网的构成，以多电源共同使用的复杂系统取代了原先比较简单的结构形式，使的流向朝着多样化的形式发展。

2.1 影响三段式电流保护

在以往的配电网中，使用最为广泛的电流配置保护装置就是三段式电流，而在配电网中接入分布式光伏电站使原先的结构发生了变化，例如，如果系统出现故障，而光伏发电会使电流流量大幅增加，进而造成故障电流也随之增加，这些故障电流又都流向故障点，从而严重影响了电力系统的运行状态，所以，对于三段式电力保护，光伏发电所产生的影响有以下三个方面。第一，对电路保护动作的敏感度造成影响。假如配电网发生意外故障，并且出现故障的位置处于光伏发电的下游线路，在接入光伏电站之前，只有系统向故障点输送短路电流，此时对于继电保护装置而言，只要求对系统自身的电流进行相应处理。但是光伏电站接入配电网后，原有的配电系统以及接入的光伏电站都会对故障点提供短路电流，而此时对于原先的继电保护装置来说，其只可以对配电系统所提供的电流进行感知，由此在一定程度上降低了保护装置的敏感度。第二，对电路保护动作的准确性造成影响。在分布式光伏电站并网之前，如果故障出现在馈线，只有配电系统会对故障点提供短路电路，而分布式光伏电站并入配电网之后，会瞬间增加流入故障点的短路电流，电流的突然增加对保护装置会产生更大的影响，因此会瞬间对保护装置的动作造成影响。第三，影响相邻电路的保护动作。分布式光伏电站并网后，在有故障发生时，流经故障点的电流会大量增加，此时因为故障点的绝缘效果，会迫使流经故障点的电流向其他线路进行分流，因而会对相邻线路造成影响，使其保护装置发生错误动作。

2.2 影响自动重合闸

就目前来看，我国的配电线路的结构基本上都是单侧电源，如果线路一旦出现短路情况系统便会立即进行自动重合闸，以此对故障点的供电进行切断处理，避免影响配电网的运行[2]。假如分布式光伏电站并网后，如果有故障出现在光伏电站和配电系统的线路上，此时配电系统若在自动重合闸发生动作之前没有切断与光伏电站的连接，会造成光伏电站不断的向故障点提供电流，因而使得重合闸动作时出现电弧重燃的情况，造成重合闸合闸失败，进而严重威胁着整个配电网的运行安全，特别是严重影响了光伏发电。所以，在现行的保护基础之上，如果出现故障，务必要求在自动重合闸发生动作之前切断配电网中的光伏电站，并且要将反孤岛保护设置在分布式光伏电站端。

2.3 影响熔断器保护

在电力系统中，熔断器是一种十分常见的自动保护装置，如果线路中出现电流过大的情况，并且处于线路本身承受的范围之外，此时熔断器会自动进行切断电路操作，使配电网的安全、稳定运行得以保障。通常情况下，安装熔断器的位置主要有两个，一是电路的分支处，二是变压器的高压侧。假如故障出现在电路的末端位置，此时熔断器会立即进行切断操作，保护电力线路，而要是将分布式光伏电站进行接入，会使线路的运行结构发生变化，使线路系统运行的稳定性大打折扣。

3 分布式光伏电站并网方式及其继电保护设置

3.1 分布式光伏电站并网接入方式

分布式光伏电站并网具有两种典型的接入方式。第一，统购统销模式下的接入系统。这一方案的实施，必须先设置新的网点开关，设置位置应在公共电网10kV母线上，同时在新设的网点开关处接入分布式光伏电站所在的电缆，并网接入由此完成，在这个过程当中，需要注意的是，应将单位并网点的容量控制在400kW到6mW之间。第二，自发自用余量上网模式下的接入系统。这种方案的施行，需要在用户独立的10kV母线上重新设置一个辅助设施，即光伏接入柜，然后在光伏接入柜中接入分布式光伏电站所在的电缆。和第一种方案一样，这种方案也需要将并网装机容量控制在400kW到6mW之间。

3.2 分布式光伏电站并网保护配置

3.2.1 系统侧的保护配置

对于110kV电压，在设置故障解决保护配置时应当以母线段为单位，其中既涵盖了高频、低频、高压和低压灯保护设施，也包括光伏电站连接线断路器。在配电网10kV光伏电站连接线路中，应当对过电流设置保护设施，同时需要能够进行方向元件投退，如果经过验证对反方向故障不能进行防治，那么就应该将方向闭锁。在配电网侧线路的保护方面，必须确保三相一次重合闸能够正常发挥作用，而且在时间上，重合闸所需的时间应当不高于光伏电站切除所需的最长时间，此外，其功能必须要能够检测无压，并具有同期功能。这是因为非同期合闸会造成巨大冲击，进而造成严重的危害，因此需要避免这种现象的发生。对于节点位置，配置断路器应根据地区的相关规定采用合适的方式，其需要先调查分布式光伏电站的容量，然后才可进行专门配置。对于断路器的保护，应采用常规的线路，此时重合闸的功能必须得到保证，并且能够对线路进行无压检测。

3.2.2 并网断路器保护

通常来说，对于并网总断路器来说，应当进行速断和过流保护的配置，例如配置光纤差动保护、过流保护以及带方向的过流保护等。此外，分布式光伏电站应当能够对孤岛实现快速的监测，并且能够对其与配电网的连接进行快速的切断。而那些非计划孤岛，从发生孤岛开始，到并网断路器断开结束，其时间应确保在2s之内。同时对并网断路器的功能也有所要求，要有低周、低压解列功能和高周、高压解列功能等。分布式光伏电站接入配电网后，应当设置间隙零序电压、电流保护在系统变电站主变上。如果分布式光伏电站并网后，且在用户内部电网进行接入，所采用的并网方式为不可逆时，需要进行逆功率保护的配置。

4 结语

随着清洁能源的发展，分布式太阳能光伏发电将会展现巨大的潜力，更大规模的光伏电源将会接入电网，其在我国未来电力系统中将占据重要地位。而与此同时，分布式光伏电站的并网接入对现行的电力系统将会带来重大影响，光伏电源接入后，需要我们对电力系统的运行、管理及其规划做出重要改变，才能使电力系统的运行更加安全稳定。