光伏发电并网对配电网继电保护的影响分析

刘振宗 陈智远

摘 要 本文在分析传统配电网和光伏发电并网位置相关问题的前提下，进而阐述了光伏发电并网对配电网继电保护的影响，主要分析了光伏发电并网给电流保护、重合闸、熔断器、重合器和分分断器等各个方面造成的影响。本文采取允许孤岛运行的保护方案，对光伏发电系统涉网保护并入配电网后对继电保护的影响进行了充分的考虑，另外，本文还有针对性地提出了保护对策。

关键词 光伏发电并网；配电网；继电保护

伴随着我国经济的发展和人民生活水平的不断提升，人民对能源的需求量，尤其是对石油资源的需求量骤然提升。能源的大量开采和运用，给人们的生活环境造出了极大的破坏，也给我们提出了相当大的挑战。随之而来的就是各种各样的环境问题，例如严重的雾霾、全球变暖等各类问题数不胜数，严重影响着人们的生活。不仅如此，由于人们生活对石油的依存度越来越高，大量的开采使得我国石油储量的不断减少，甚至给国家能源安全带来了一定的威胁。众所周知，能源安全不仅关乎着国家的安全和稳定发展，也决定着人民生活水平的不断提升。因此，国家在发展经济的同时万万不可以牺牲环境为代价。面对这种情况，国家相关部门已经指出，必须要寻找和开发新的能源潜力，进一步发展电力技术，充分发掘电力潜能，改善我国当前的能源问题。

1 概述

在光伏发电系统中，多分布式光伏电源并网已经成为当今时代的发展潮流，因此并网配电网引起的各种继电保护问题也随之出现并呈现出递增趋势，对配电网保护产生了十分严重的影响，面对这种局面电力工作者必须要加强对光伏并网问题的研究，从而能够更好地接受挑战。高容量、大规模的光伏发电电源涉网后就一定会对潮流分布造成影响，促使配电网络结构发生变化。但是原有的配电网的继电保护是根据单电源辐射型结构的保护采取整定措施的，因此，光电网规划及运行维护人员就一定要重新审视光伏发电涉网保护问题，相关的科技工作者也必须要加强对此问题的研究和探索[1]。

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

配电网的电压等级可以依据高压、中压、低压三个等级进行分类，具体分类是指220V-380V为低压配电网，6kV-10kV为中压配电网、35kV-110kV为高压配电网。从当前情况来看，对配电网起到保护整定功能的主要是馈线。我国目前的保护配电网的配置原则依旧是依照其恒定的方向状况进行设计的。针对非终端线路则采取与其他保护相互配合的三段式电流保护。采取时间整定的方式确保保护的选择性，从而更好地进行全線路保护。为兼顾经济性原则，广泛采用电流保护的方式进行传统馈线保护，一般利用反时限过电流保护来有效排除靠近系统电源端的故障。通常情况下使用定时限过电流保护及瞬时电流速断保护对保护配置直接向用户供电的馈线进行简化。瞬时电流速断保护具有配合灵活、整定便捷且价格便宜的优势，依照馈线末端短路灵敏度非常好的原则及性能整定从而对全线进行保护。但是，有时候其动作定值、灵敏度和保护范围等无法达标，同时在很大程度上会受到系统运行方式变化的影响。对于那些系统运行方式变化率非常高的馈线与重要的电缆线路则更多的选择采用距离保护的方式。为了确保非全电缆线路在出现瞬时故障的情况下可以迅速恢复供电，就需要配备三相一次重合闸，但大部分永久性故障电缆线路却不适用于自动重合闸装置。

2.2 光伏发电系统涉网保护位置问题

从当前情况来看，并入电网的光伏发电涉网保护的位置主要有两种，第一种是光伏系统和电网的低压母线直接进行连接，针对接入方式通常有两种情况：第一种是带有较大负荷的该低压母线，正常运行时PV与系统一起为本地负荷进行供电；带有较小负荷的该低压母线，低压母线负荷与系统在正常运行时由PV进行供电。另外一种是由光伏系统与并网系统共同向负荷进行供电。经变压器通过高压母线侧接入[2]。

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

通常情况下，最为严重的故障是三相短路，在这种情况下也会对配电网造成非常严重的影响，因此在对系统涉网严重状况进行分析时，以系统在最大运行方式下产生三相短路时的状态来对并网系统保护安全界限进行定义。光伏发电涉网保护问题不仅包括电流保护，还包括配置有重合闸前加速、后加速与保护电流的电配网，并因此而引起的自动重合闸问题。一旦因光伏系统发电电源和并网系统电源之间的连接线出现故障而引起保护动作，但是在自动重合闸重合之前，并网电网和光伏电源依旧连在一块，光伏电源并没有解列，那么光伏电源就会因为仍旧给故障点供电，从而进一步加大故障点处的电流，此外还会致使电弧不能够熄灭，同时重合闸重合还会导致故障点电弧多次被引燃，以至于根本无法熄灭，如此一来可能导致临时性故障转化为永久性故障，带来更为严重的损失。退而言之，也有可能会发生非同期合闸的情况，因为进行重合闸之前的这个时间段内，就算是故障点尚未彻底损坏介质绝缘也极有可能导致配网及光伏电源出现破损，这是由于光伏发电系统与电网并网并没有解列。

3.2 光伏发电并网对熔断器、重合器和分段器的影响

熔电器作为一种电流保护器，具有结构简单、操作便捷、成本较低等各种优势，在配电系统、控制系统及用电设备中十分常见。具有反时限特征的熔断器，在电流大的情况下熔断时间就会短，相反在电流小的情况下熔断时间就会长，这种装置在馈线自动化重合器与分断器配合方案中十分常见，可以在整定时间段内进行故障电流的检测动作并跳闸。重合器作为配电网自动化中的一种智能化开关设备，不仅具有控制功能还可以起到保护的作用。为了避免事故进一步扩大，一般情况下在第一次、第二次被整定为快速分闸时，就能够被预先整定重合器的动作程序快速指定分闸动作，有效排除瞬时故障。重合器之后的几次动作都是有时限的，从而能够更好地与分断器配合。分断器的开关设备在失压、无电流状态时能够自动进行分闸主要分为有电压-时间式和过电流脉冲计数型两种，主要在隔离线路区段加以应用。

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

光伏发电涉网系统之后，有可能会对原有保护之间的配合造成一定的破坏，致使其不能够正常运转。针对配电网的继电保护与安全自动装置，当前使用的一种保护方案是当配电网出现故障时，针对涉及电网的光伏电源的处理方案主要包括并网配电网出现故障时的孤岛运行方案与有计划的孤岛运行两种。在保护动作之前就从电网解列或采用反孤岛对光伏电源进行保护，在保护动作之后再将光伏电源退出电网。

4.2 保护对策

使用允许孤岛运行的保护方案的主要目的是更加有效的实施光伏发电系统涉网保护实施方案。具体可以采用的保护方案包括依托通信系统的保护方案、基于广域测量系统的保护方案、微电网条件下的保护方案。主要可以从如图1几个方面进行研究。

简而言之，在光伏并网系统位置上对每一条馈线增加起保护作用的方向元件，增强保护措施的选择性，在靠近电源侧首端进行保护。在线路因为出现故障而发生跳闸情况时，光伏系统与系统电源能够断开并能够退出电网运行。对故障区域位置进行准确定位，采用广域测量系统尽最大努力对保护动作信息进行有效搜集，避免保护对策出现错误。这样就能够有效缩小停电范围，使供电系统更加可靠。如果出现永久性故障，那么故障点下游的光伏发电并网系统会在很短的时间段内断供电源并形成孤岛，带部分负荷确保可以稳定运行。

5 结束语

本文对光伏发电系统涉网保护技术在配电网中的运用进行了分析，并对大容量、高配比的光伏电源并网给配电网继电保护装置及电网安全自动化装置造成的影响进行了详细研究。例如，光伏电源并网对电流保护和重合闸的影响，光伏发电并网对熔断器、重合器和分段器的影响，以及光伏电源并网对距离保护以及反时限过流保护带来的不利影响等。面对这些不利影响可以采用允许孤岛运行保护方案，文中就此提出了相应的保护对策。

参考文献

[1] 陈玉.配电网继电保护整定运行现状分析与建议[J].低碳世界， 2016，（11）：58-59.

[2] 刘金鹏.城市配电网继电保护系统可靠性分析[J].河南科技，2013， （21）：89.