分布式光伏发电系统就地并网 对配电网继电保护的影响研究

雷显国

摘 要：分布式光伏发电系统就地并网改变了配电网结构，必然会对配电网继电保护造成一定的影响。为了优化设计配电网继电保护能够更好的工作，文章对分布式光伏发电系统就地并网对配电网继电保护的影响进行分析。结果表面，分布式光伏发电系统就地并网主要造成配电网中短路电流增加，降低保护的灵敏性，使得系统的稳定性降低。

关键词：分布式光伏发电系统;并网;继电保护;配电网

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）05-0159-05

Research on the Influence of Local Grid Connection of Distributed Photovoltaic Power Generation System on Relay Protection of Distribution Network

Lei Xian guo

（Ankang Vocational and Technical College， Ankang 725000， China ）

Abstract：On-site integration of distributed photovoltaic power generation systems has changed the structure of the distribution network， which will inevitably have a certain impact on the relay protection of the distribution network. In order to optimize the design of the relay protection of the distribution network， the paper analyzes the influence of the distributed photovoltaic power generation system on-site on the relay protection of the distribution network. As a result， the on-site grid connection of distributed photovoltaic power generation systems mainly causes the increase of short-circuit current in the distribution network， which reduces the sensitivity of protection and reduces the stability of the system.

Key words：distributed photovoltaic power generation system; grid connection; relay protection; distribution network

我國经济发展迅速，使得电力需求不断上升，然而伴随着能源紧缺、环境污染严重等现状，使用清洁能源发电属于今后的重点研究对象。分布式光伏发电系统通过利用太阳能，能够节约资源、保护环境，所以光伏产业具有蓬勃的发展[2-3]。然而分布式光伏发电系统就地并网使得电力结构发生变化，不可避免的对配电网继电保护造成一定影响[4-5]。所以文章将主要对其影响进行分析，从而有助于优化继电保护装置。

1 分布式光伏发电系统就地并网电压等级选择 和接入方式

1.1 并网电压等级选择

在居民附近，主要会使用分布式光伏发电，这种类型的发电系统就是将所发的电能应用到附近的用户，因为附近用户有限，所以一般情况下会选择10kV及其以下的电压等级接入电网，因为其用户较少，所以对于单个并网点总装机容量的要求就会比较低，一般不超过6MW的光伏发电项目[6]。在对电压等级进行选择时，首先进行初步选择，主要根据的是装机容量大小来选择电压等级。然后再进行最终选择，主要依据的是电网条件，对不同电压通过技术和经济进行比较，得出最佳电压等级。如果在选择过程中高、低2级电压都满足条件，那么则选择低电压等级，图1和图2即为两种接入方式。

1.2 分布式光伏发电系统的接入方式

一般情况，分布式光伏发电系统的接入方式有两种，分别为专线接入和T解方式。下面将对这两种方式进行分析：

（1）专线接入。分布式电源接入点处，可以通过设置分布式电源专用的开关设备，即通过该开关设备能够对某些线路进行直接管理，比如将分布式电源直接接入到变电站中，或者还可以接入到其他的位置，从而可以实现直接控制的作用。

（2）T接方式。该接入方式正好与专线接入方式相反，即没有设置专用的开关设备，比如可以直接将分布式电源接入到电缆线路中[6]。

2  分布式光伏发电系统就地并网对配电网继电

保护的影响

当前，我国大部分中低压配电网供电方式采用的是比较简单的单电源放射性网络，所以其中的电流或者功率的方向都是单一，这种方式更有利于系统的发展[7]。于是在这种情况之下，对配电网继电器保护进行设置，从而起到一定的保护作用。当配电网的电压等级是10kV时，继电保护装置一般情况下会使用阶段式的电流保护，另外，在装置中基本上不会设置其他的方向元件。于是在继电保护装置中加入分布式光伏发电系统，就会改变配变网的结构，使得系统变得更加复杂，而原本的系统属于一种简单的结构，增加分布式光伏发电系统之后使得流向变得更加多样化。一般情况下会对配电网继电保护造成的影响有以下3点：

2.1 影响三段式电流保护

配电网在过去使用三段式电流保护装置非常频繁，然而通过使用分布式光伏发电系统之后，使得配电网中的结构变得更加复杂，不容易进行处理，比如系统发生问题，在配电网中接入的分布式光伏发电系统会造成电流流量出现大比例增大的变化，于是出现故障的系统中电流也会变大，电流在流动过程中，会向故障点进行流动，所以电力系统的运行情况就会遭到严重影响。于是分布式光伏发电系统对三段式电流保护的影响主要有以下3点：

（1）会影响电路保护的敏感度。在还没有接入分布式光伏发电系统时，如果配电网发生问题，短路电流只有系统向故障点进行输送，只需要对系统自身的电流进行处理即可实现保护作用，但是如果接入分布式光伏发电系统之后，在其下游处，配电发出现问题，此时不仅系统会提供短路电流，而且光伏电站也会提供短路电流，但是原本的继电保护装置只能感知系统的短路电流，而光伏电站的短路电流无法进行感知，所以降低了保护装置的敏感度。

（2）影响电路保护动作的准确度。配电网在没有接入分布式光伏发电系统之前如果出现问题，并且故障出现在馈线上，此时也只有配电系统提供短路电路，但是通过接入分布式光伏发电系统之后，其也会提供短路电流到故障点，所以在一定程度上增加了短路电流，必然会更大程度的影响保护装置。

（3）影响相邻电路的保护动作。分布式光伏发电系统就地并网之后，如果配电网出现故障，通过上述分析，可知就会增加短路电流流向故障点，但是由于故障点具有绝缘效果，于是就会使得短路电流向其他线路进行分流，所以就会使得与其相邻的线路受到一定程度的影响，就会使得保护动作出现错误。

2.2 影响熔断器保护

熔断器在电力系统中属于一种常见的自动保护装置，熔断器的主要作用是可以切断电路，但是其中具有一定的限制条件，就是在线路中电流比较大时，但是该电流要能够是线路本身能够承受的范围之外，然后熔断器就会自动进行运行，将电路进行切断，从而保障配电网的安全运行。在进行安装熔断器时，可以将其安装到变压器的高压侧，也能够将其安装到电路的分支处，如果在电路的末端位置出现问题，熔断器就会立马自行操作，将电路进行切断，实现保护电路作用;然而分布式光伏发电系统就地并网之后，就会使得线路变得更加复杂，使其结构发生变化，于是在运行过程中，出现问题，此时熔断器的保护不一定会实现保护作用，所以就会降低线路系统运行的稳定性。

2.3 影响自动重合闸

当前我国配电网的线路结构方式使用的是单侧电源，如果电路在运行过程中出现短路故障，自动重合闸将会立即关闭，于是就会切断故障点的供电，此方式能够起到对配电网的保护作用，避免了配电网运行受到影响。但是分布式光伏发电系统就地并网之后发生问题，并且该问题出现在配电系统和光伏电站之间，如果自动重合闸没有将光伏电站和故障点之间的短路电流进行切断，那么分布式光伏发电系统就会将故障电流传输到故障点，就会造成电弧重燃现象，使得自动重合闸不能进行合闸动作，于是就会造成整个配电网出现严重事故，还会影响到光伏发电。所以为了降低这种影响带来的严重后果，需要及时的切断配电网中光伏电站，并且在自动重合闸开始动作之前将其切断，然后还需要将反孤岛保护设置在分布式光伏电站端。

3 定量分析分布式光伏发电系统就地并网对配 电网继电器的影响

该部分将通过建立数学模型，然后从定量分析的角度分析光伏发电系统就地并网对配电网继电器的影响，主要分析了光伏发电系统的接入位置不同，对配电网继电器的影响也会不同;还分析了光伏发电系统的接入流量不同，对继电器保护的影响不同。

3.1 光伏发电数学模型

电池板产生的电流Iph在不考虑光照温度影响的影响下，可以将其理想化为一个二极管和恒流源并联。在光伏发电系统中会存在横向电流，于是使用一个Rs电阻来等值，可以提高模型的精确度，另外在系统中还会存在漏电流Ish，通过使用电阻Rsh进行表示，光伏发电系统的等效电路如图3所示。

光伏发电系统中的负载处电流方程如下：

光伏发电系统中电源出口处的电压方程如下所示，该方程中没有考虑横向电阻出口处的端电压。

式（2）中UL表示的是负荷RL两端电压，IL表示的是负荷电流，其公式如下：

式（3）中A和B表示的一定值，T表示的是绝对温度，K表示的是波慈曼系數，q表示的是电荷电量，其中Ish和Id的公式分别如下：

3.2 配电网相关参数

图4即为配电网接线图，其中线路参数、变压器选型和配电系统电源参数如图4所示。

（1）线路参数。具体的参数如表1所示，另外r=0.223Ω，x=0.348Ω。

（2）变压器的选型。选择型号为S7-3600/110的变压器，其中使用的降压变压器，其相关参数如表2所示，接线使用的型号为Td11型。

（3）配电系统电源参数如表3所示。

3.3 分布式光伏发电系统接入位置对配电网继电保

护的影响

（1）光伏发电系统电源接在配电网始端。该接入位置如图5所示，由于上述模型和相关参数已经给出，可以通过计算之后，发现如果按照这种接入方式，就会增加继电保护的范围，于是就会使得灵敏性较低。另外，系统发生故障之后，会增加短路电流，当达到一定值之后，会使得Ⅰ段保护失去选择性。如果故障没有及时进行处理，严重情况还会造成下级Ⅱ段保护也失去选择性。

（2）光伏发电系统电源接到配电网中端。通过计算图5中的C、D、F和G母线上的相关数据，可知将光伏发点小同接到中端之后会增加相邻馈线保护的范围，自然就会降低保护的灵敏性，系统将会更容易发生问题。而且短路电流的增加与上述情况一样，会使得Ⅰ段失去选择性。

（3）光伏发电系统电源接到配电网末端。通过计算图5中的E和H母线，得知如果相邻馈线出现问题，光伏发电系统就会使得相邻馈线的短路电流增加，配电网继电保护的范围就会增加，于是就会造成保护装置的灵敏性降低，当短路电流过大时，还将会使得相邻馈线的保护失去选择性。

3.4 光伏发电系统接入容量不同对配电网继电保护

的影响

（1）光伏发电系统电源接到配电网始端。当接入容量不同时，对配电网机保护的影响就会存在差别。假设容量分别为1MW、2MW、3MW时，然后通过模型计算短路电流，得到如表4所示的结果。从表中可以看出，当K2发生故障之后，与没有接入光伏发电系统相比，短路电流有所增加。如果是K4发生故障，与没有接入光伏发电系统相比，短路电流有了明显性增加。从表中还可以看出当接入容量不断增加时，短路电流也不断增加。

（2）光伏发电系统电源接到配电网中端。假设容量分别为1MW、2MW、3MW时，然后通过模型计算短路电流，得到如表5所示的结果。从表中可以看出，故障位置为K2和K5时，与没有接入光伏发电系统相比，短路电流有所增加，而故障位置为K4时，光伏发电系统接入之前和之后的短路电流没有变化。K2中存在两个测量位置，其中保护4属于法向电流。

（3）光伏发电系统电源接到配电网末端。假设容量分别为1MW、2MW、3MW时，然后通过模型计算短路电流，得到如表6所示的结果。从表中可以看出，当K2发生故障之后，与没有接入光伏发电系统相比，短路电流有所增加，但是故障位置为K4时，光伏发电系统接入之前和之后的短路电流没有变化。

4 结语

综上所述，分布式光伏发电系统的利用符合当前节能环保的理念，并且也将是今后的一种发展趋势，通过利用太阳能，从而实现节约不可再生资源的目的。但是分布式光伏发电系统就地并网改变了配电网中的结构，对配电网继电保护起到了负面影响。只有通过了解这些负面影响之后，才能够设置出解决办法，对分布式光伏发电系统就地并网进行优化，才能使之发挥更好的用处。

参考文献

[1]曲伟.基于专利情报分析的我国电力行业发展现状研究[C].//中国管理科学学术年会，2014：828-831.

[2]韩学栋，王海华，李剑锋.小型分布式光伏发电系统设计[J].电力建设，2014（01）：112-116.

[3]谷丰.城市配电网接入分布式光伏發电系统的规划研究[D].北京：华北电力大学，2014.

[4]方景辉，温镇.分布式光伏就地自适应电压控制策略研究[J].电力系统保护与控制，2015，43（023）：49-55.

[5]王贤立，刘桂莲，江新峰.分布式光伏电站接入配电网继电保护配置研究[J].电气应用，2014（17）：38-41.

[6]雷象兵.分布式光伏发电并网系统研究与设计[D].北京：华北电力大学;华北电力大学（北京），2016.

[7]夏熠.分布式电源接入对配电网的影响及保护方法探究[D].合肥：合肥工业大学，2015.

[8]杜炜，戴永正，赵金荣，等.一种应用于分布式光伏发电系统的低压反孤岛装置[J].低压电器，2014（4）：40-45.