光伏电站交流侧故障暂态特性及对配网继电保护影响

张旭航 高生凯

摘 要：由于传统的配电网结构为单辐射状，随着大量分布式光伏电源并入电网，改变了原有配网结构，对传统的配网继电保护造成了影响，本文先介绍分布式光伏并网方式，详细分析交流侧故障特性，产生故障电流的大小与影响，并且在大容量光伏电站接入配电网前提下对配电网的保护进行分析，进而提出改进建议。

关键词：分布式光伏;配电网;继电保护

中图分类号：TM773  文献标识码：A

随着分布式光伏作为新能源的主力快速发展，越来越多的大城市开始推行此类清洁能源，但也带来了很对的负面影响，如大容量的光伏电站在接入配电网后会引起原有配网保护的灵敏度变化，基于此，文献[1]分析了光伏接入配电网上游故障时，下游出现孤岛现象的影响及对策，提出加装SVG的方式改善孤岛现象。对于配电网继电保护的影响，文献[2]首先分析了短路电流的数值大小，进而提出采用距离保护代替电流保护的措施，文献[3]提出采用自适应保护的措施，文献[4]提出对其保护值重新进行整定的措施，但很少有对光伏电站交流侧故障进行分析，进而讨论暂态故障电流对系统配电网的影响，基于此，本文通过研究光伏电站交流侧故障暂态特性，并且分析故障电流大小，提出相应的保护改进措施。

1 分布式光伏电站并网方式

分布式光伏电站接入配电网，由于其容量较小，多为T接方式，即用户侧配置继电保护装置，依据用户侧所接光伏容量的大小，配置熔断器或断路器，系统侧不配置继电保护装置;分布式光伏接入配电网电压等级均在35kV以下，容量均在10MW以下。

2 光伏电站交流侧故障暂态特性

由于构成光伏电站的主要元器件为逆变器，多为电力电子器件，因此逆变器有一定的限流功能，电流大于1.5倍的额定电流时，光伏电站维持最大电流输出，若时间较长，则输出功率逐渐减少，电流降低直至为零。下表为简易的交流侧故障模型，正常工作电压为56V，输出电流为4.5A。

由仿真波形可知，系统侧发生故障时，光伏电站输出电压降低，电流增大，但在对称与不对称故障下均不超过额定电流的1.5倍，且不对称故障时故障电流主要成分为正序分量[1]。

3 光伏电站接入配电网对配电网继电保护的影响

实际配电网中，一条10kV的中压母线上接有的分布式光伏电站容量有数十兆伏安，产生的电流有数千安，在配电网故障时，由分布式光伏电站提供的短路电流达到数十千安，因此，会对配电网的继电保护装置造成一定的影响[2]。

当分布式光伏电站接入点下游故障时，流过故障点的短路电流由系统和光伏电站提供，比未接入光伏时电流较大。会使得下游保护装置的灵敏性增大，引起保护误动作;当光伏电站接入点上游发生故障时，光伏电站会在下游形成孤岛，若形成的孤岛为非计划性孤岛，则会引起安全事故;对于相邻线路故障时，提供的反向故障电流会使得光伏接入点上游的保护灵敏度降低，引起保护的误动作[3]。

同时，光伏接入配电网会对配电网的重合闸造成一定影响，故障时若不切除光伏电站，此时重合闸为非同期重合闸，会对配电网造成很大的电流冲击;同时由于逆变器为电力电子期间，会对配电网产生较多的谐波，影响电能质量。

4 改进措施

鉴于对上述故障特性进行分析，得出下列改进措施：

（1）在配网线路上加装功率方向元件，规定正方向为母线指向线路，当电流流向为线路流向母线时，该线路的断路器配置的保护闭锁[4]。

（2）光伏接入点下游线路，增大每段线路出口处的断路器的I段电流保护整定值，减小I段保护的保护区，防止保护误动作。

（3）为防止非同期重合闸现象，由于分布式电源接入配电网需配备反孤岛保护，确保在配电网发生故障时及时断开分布式电源与配电网的连接。重合闸的动作时限要与反孤岛保护配合。在本线路故障时，分布式电源反孤岛保护与外部短路保护一般会在0.5s内动作，因此，将线路出口重合闸动作时限增加0.5s，即可实现互相之间的配合。

如果线路故障时以及故障切除后线路孤岛运行时并网点电压变化量较小，反孤岛保护的动作时限可能超过2s，会出现重合到带分布式电源运行的线路上的情况，解决问题的措施是加装反应于线路电压的电压元件，在线路带电时闭锁重合闸。

5 结论

对大容量光伏电站接入配电网的影响，本文在理论基础上详细的分析了对继电保护的影响，并对于相应的逆变器交流侧故障进行了仿真，分析并网保护配置的合理性，并对于大容量的光伏电站接入配电网对系统继电保护的影响进行分析，对实际系统的运行以及配电网的安全有很大程度的改善。

參考文献：

[1]周皓.电平光伏并网逆变器拓扑结构及控制策略的研究[D].北京科技大学，2015.

[2]舒逸石，管霄，赵炜.分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].华电技术，2013，35（07）：70-71+79.

[3]李文才，王希平，赵青松，苏敬芳.分布式光伏发电并网对配电网继电保护的影响研究[J].机电信息，2019（08）：37+39.

[4]张东明，连婷，王东，贾中义，任华，王海云.光伏电站接入对送出线路继电保护的影响[J].四川电力技术，2016，39（06）：1-4.

作者简介：高生凯，硕士研究生。