电网并网管理及措施分析

王先鑫

摘要：光伏发电装机容量系统占比逐年加大，光伏发电受天气影响较大、随机性较强，给配电网继电保护配置带来了新问题。随着科技水平的提高和理论创新，以及基于方向元件等保护技术的运用，光伏发电对配电网继电保护的影响逐渐降低，运行可靠性不断提高。

关键词：分布式光伏电源；配电网；继电保护；影响研究

中图分类号：TM77 文献标识码：A

引言

光伏电源通过配电网并网发电，并网后的配电网会发生结构变化，造成电网中的潮流分布和短路电流发生改变，进而影响线路中继电保护设备的正常运行。本文研究了光伏电源接入后对线路中继电保护所产生的影响，进而就提升分布式光伏发电对配电网继电保护。

1、分布式光伏发电与配电网连接

PV系统多分布在农村或山区，我国非城镇地区配电网拓扑结构大多为单电源辐射状，UN为10kV或35kV，采用三段式电流保护作为配电网馈电线路保护。PV系统作为独立电源，分为离网光伏发电、并网光伏发电和多能微网发电3种形式，与配电网的连接如图1所示。

2、分布式光伏发电对配电网继电保护的影响

2.1配电网潮流分布变化

PV系统并入配电网后改变了原放射状配电网的拓扑结构，将单电源供电网络变为双电源或多电源供电网络。图2（a）所示的放射状配电网稳定运行时，网络潮流分布沿着电源从始端A流向末端B。图2（b）所示的接入PV系统后，配电网有两个电源A和B，变为双电源结构，网络有功和无功的潮流分布点均发生变化，且随PV系统投入容量、负荷性质和大小、无功补偿装置投入容量等不同而出现位置不确定的情况。

2.2配电网电压变化

正常运行时，放射状配电网的电压是沿着馈电线路潮流方向逐渐降低的。PV系统接入配电网后，馈电线路上传输的功率减少，而PV系统又支持无功功率的输出，因此导致一些负荷节点的电压被抬高甚至超标。建立了IEEE13节点的配电网仿真模型，发现要想有效控制因PV系统接入配电网而抬高的系统节点电压，使其能在规程规定的范围内，就必须确定配电网的接纳能力，限制PV系统的最大准入容量。

2.3配电网继电保护变化

我国放射状配电网上的故障80%是瞬时性故障，通常采用三段式电流保护无需设置方向元件即可有效地保护线路全长。PV系统接入配电网后，网络潮流方向变复杂，功率分点不确定性增加，致使原网络配置的继电保护受到影响，具体表现为保护误动作、重合闸不成功、保护范围缩小等。深入研究了PV系统接入配电网的路径位置和光伏发电装机总量对放射状配电网三段式电流保护选择性和灵敏性的影响。如图3所示，在E节点接入PV系统。当f5处出现短路故障后，根据继电保护选择性原理切除故障的是保护装置R5，流过R5的故障电流分别来自配电网电源和PV系统，较接入PV系统前电流值增大，提高了保护装置R5的灵敏性。当PV系统相邻的馈电线路AB在f5处发生故障，流过保护装置的故障电流包含配电系统电源和PV系统两部分，提高了保护装置R1的灵敏度。但是，在此过程中PV系统向保护装置R3和R4提供反向故障电流，因R3和R4不具备方向性，当故障电流达到整定值后就会出现误动作的情况。

3、并网保护配置

3.1系统侧保护配置

在设置故障解决保护配置时，应以母线段为基本单元，既有高低压、高低频的保护设施，又有连接断路器。在电路连接方面需要设置电流保护设施，以确保对定向元件进行倒换处理，经验证如果不能防止反向故障则需要将其阻断。在配电侧保护方面，必须保证三相一次重合闸也能充分发挥自身的作用。在时间上，必须保证时间小于电站切除的最长周期，具有同步和无电压检测功能。这是因为当采用非同步封闭处理方式时，会造成严重的危害影响巨大，需要避免此类问题。在节点位置方面，在断路器的实际配置中，要按照有关规定，做好应用适当方法的工作，即调查光伏分布式发电的容量，然后进行配置处置。断路器保护应能采用常规线路，在保证重合闸功能的基础上做好线路的无电压检测和处理。

3.2并网断路器保护

并网断路器应配置过流保护和速断保护，以及过流保护、定向过流保护和光纤差动保护。同时，必须保证分布式光伏发电厂能够快速监测岛屿，切断岛屿与配电网的连接，对于计划外岛屿应保证从岛屿开始到断开结束的时间在2秒内。同时，对并网断路器的功能也有要求，即必须具有低周、低压断开功能和高周、高压断开功能。接入配电网后必须能在电站主变压器上设置电流保护和间隙零序电压。例如，当电网并网处理后接入电网，在具体并网方式的应用中出现不可逆情况时，必须及时设置逆功率保护。

4、影响改善措施

一是提高技术标准。对于并网光伏发电厂，我们需要积极改进和优化相关规范和技术标准。作为一个电力企业，我们需要能够充分整合光伏发电的控制功能、技术参数、抗干扰性能和运行特性，从而确定光伏电网接入的数量、规模和接线结构，科学设置无功功率配置、电压等级和电能质量，以保证电站并网运行有依据。对于光伏发电厂来说，需要能够积极改进无功补偿装置、无功发电机和调压设备，加强分布式光伏发电系统在运行中的标准化和标准化，尽量减少并网对运行的影响；二是加强并网检测。光伏发电厂正式进入电网后，电力企业需要能够充分接触相关文件和标准，做好电网安全检测工作，即根据电网接入安全规定做好光伏发电厂故障排查和电力检查处理工作。在具体工作中作为一个电力企业，必须能够重点检测光伏发电厂的电网适应性、有功功率输出特性、电能质量、低压交叉和SVC性能等主要性能，加强对电站接入设备的评价和验收，与配电网技术要求有关。具体来说，应加强光功率预测系统的建设和预测能力、全站网相关保护定值与低压穿越能力的逻辑关系等方面的评价实验；第三，应加强无功补偿的研究。根据我国新的规定，对光伏发电厂来说，有必要做好无功补偿性能的研究，特别是对大型光伏发电厂来说，有必要具备无功补偿能力。首先，需要对无功设备和AVC的容量进行综合研究，使电站在并网处理后与配电网形成统一的无功控制系统，协调反应堆和电容器的控制。第二，要有效利用配电网光伏发电厂的无功功率分配能力，即加强与相关设备制造商和科研单位的研究，充分挖掘光伏发电的无功调节能力，以及在保证配电网区域电压稳定的基础上，进一步提高输配电系统的质量。

结束语

近年来，随着能源和环境问题的突出，分布式发电的发展越来越迅速，装机容量也在快速增长，在电网中发挥着越来越重要的作用。如果不改变其控制方式，将对电力系统产生不可估量的影响。分布式光伏电源的引入对配电网产生了诸多影响，包括分布式电源的并网、电压调整、谐波问题和继电保护等。因此，本文主要讨论了光伏电源对继电保护的影响。

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（作者单位：国网山东省电力公司海阳市供电公司）