許獻豐　王者玉　岳立海

【摘 要】光伏系統(tǒng)并網接入時，必定會改變原來配電網的拓撲結構，傳統(tǒng)配電網的繼電保護已不能滿足要求。因此，研究光伏并網對配網繼電保護的影響具有十分重要的意義，推動光伏并網發(fā)電快速發(fā)展。理論上分析了光伏發(fā)電在不同接入位置與不同接入容量的情況下對配網繼電保護的影響，最后經PSCAD/EMTDC軟件仿真驗證了理論分析的正確性。

【關鍵詞】光伏發(fā)電；配電網；繼電保護

0 引言

隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的日益成熟且成本越來越低，光伏系統(tǒng)并網成為利用這一資源的最好方式。然而，光伏發(fā)電有其自己的特點，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網，使配電系統(tǒng)從單系統(tǒng)放射狀網絡變?yōu)榉植加兄行⌒拖到y(tǒng)的有源網絡，改變系統(tǒng)的潮流分布，進而影響配電網繼電保護的合理性，對配電系統(tǒng)的繼電保護造成一定的影響[1-2]。

目前國內外很多學者已經對此開展了大量的研究工作，主要包括光伏發(fā)電短路特性和計算模型，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)及其接入位置、接入容量的不同對配電網電流保護、重合閘、自動化策略的影響等內容。文獻[3]針對用戶側光伏發(fā)電并網對配電網繼電保護的影響進行了分析，提出了繼電保護配置方案以及保護整定原則，為今后的工程應用提供一定的借鑒。文獻[4]指出，分布式光伏發(fā)電接入中低壓配電網后，將對電流保護的靈敏性和選擇性產生影響，影響程度與光伏電源的接入位置、裝機容量有緊密的關系。同時，含分布式光伏發(fā)電的配電網不宜采用快速重合閘。文獻[5]采用動態(tài)等值阻抗的建模方法，將光伏發(fā)電站表示為戴維南等效電路來研究光伏電站接入配電網后的繼電保護整點計算。

因此，本文從理論上分析了光伏并網發(fā)電對配電網繼電保護的影響，包括光伏系統(tǒng)接入位置和接入容量，并指出在今后配電網繼電保護配置以及整定計算時，需考慮并網光伏發(fā)電系統(tǒng)。本文的研究成果也為光伏并網發(fā)電的工程實施提供理論依據和技術支持。

1 光伏電源接入位置對繼電保護的影響

我國10kV配電網一般為單電源輻射形式并以三段式電流保護為主保護，圖1為10kV配電網基本接線圖。設系統(tǒng)容量為SS，系統(tǒng)電壓為ES，系統(tǒng)電抗XS，光伏發(fā)電系統(tǒng)容量為SE，光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓為EP，等效阻抗為XP。各線路電抗值為X1、X2、X3、X4、X5、X6。K1、K2、K3、K4、K5、K6分別為本段末端發(fā)生三相接地短路。

由單輻射網絡結構可知，故障發(fā)生在圖1所示配電網的6個不同位置時，短路電流的變化方向是一致的。下面假設K2處發(fā)生故障，保護2處測得短路電流Id2計算如下：

很明顯，保護2處的短路電流明顯增加。因此在K1、K2、K3、K4、K5、K6發(fā)生故障時，故障處的電流勢必會增大。故障處電流不僅由系統(tǒng)提供，還有光伏電源的影響。因此光伏電源在始端接入會使保護的范圍擴大、降低保護的靈敏性。當短路電流增大到一定值時，會使I段保護和下級的I段保護失去選擇性。情況嚴重時還會波及下級線路II段保護的選擇性。

同樣的方法可以分析光伏電源接入配電網中端或末端對繼電保護的影響。光伏電源在中端接入會使相鄰饋線保護的范圍擴大、降低保護的靈敏性。當短路電流增大到一定值時，會使I段保護和下級的I段保護失去選擇性，情況嚴重時還會波及下級線路II段保護的選擇性；光伏電源在末端接入時，會使相鄰饋線的保護裝置的保護范圍變大，靈敏性降低，并有可能使相鄰饋線的保護失去選擇性，當容量達到一定值時會使相鄰饋線的保護失去選擇性。

2 光伏電源接入對配網繼電保護影響的仿真分析

針對圖1所示的10kV配電網在PSCAD仿真軟件環(huán)境下進行仿真計算，分析光伏電源接入對配電網繼電保護的影響分析，其中光伏電池等效電路圖如圖2所示。

光伏并網發(fā)電采用增量電導法控制光伏電源輸出最大功率，其并網系統(tǒng)結構圖如圖2所示。

根據光伏陣列可以組成5MW、10MW、20MW容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏系統(tǒng)接升壓斬波電路，并通過控制IGBT 的導通率，實現最大功率跟蹤。后經DC/AC轉換變流器實現并網。配電網線路參數見表1。

當光伏接入饋線末端時，接入容量分別為5MW、10MW、20MW時，數據如表2所示。

當K2發(fā)生故障，相比未接入光伏電源時流經保護2的短路電流增大，并隨著容量的上升短路電流增加的越多。流經保護的4處的短路電流值，不隨容量的變化而變化。

光伏接入饋線中端時，接入容量分別為5、10、20MW時，數據如表3所示。

當K2發(fā)生故障時，相比于未接入光伏電源的情況，保護2處的短路電流增大，保護4處為反向電流。當K4發(fā)生故障時，流經保護4短路電流變化不大。當k5發(fā)生故障時，流經保護5處的短路電流增加。

當光伏接入饋線首端時，接入容量分別為5、10、20MW時，數據如表4所示。

當K2發(fā)生故障時，相比與未接入光伏系統(tǒng)時短路電流增大。當K4發(fā)生故障使，相比與未接入光伏系統(tǒng)時短路電流增大。并且隨容量的增加短路電流值隨著增加。

由以上的數據分析可知，我們所做的理論研究是正確的。實驗數據與理論分析相匹配，驗證上了理論分析的正確性。

3 結論

本文通過理析和仿真分析計算了光伏電源電源接入配電網對繼電保護的影響，理論分析和仿真計算的結果一致，并獲得如下結論：

（1）光伏電源接在配電網的始端時，其對配電網的短路電流有助增作用。短路電流變大，對電流保護的I段保護范圍擴大，而II段保護又是根據下級線路I段整定，所以II保護范圍也相應擴大。

（2）當光伏電源接在配電網的中端時，當故障發(fā)生在本饋線光伏電源上游時，光伏電源接入對相鄰饋線不會產生影響。光伏電源會對下游繼續(xù)供電，并向短路處提供短路電流，形成孤島效應。此時，接入的容量越大對本饋線故障處提供短路電流越大，對相鄰饋線、本饋線故障處保護的短路電流不會產生影響。

（3）光伏電源接在配電網的末端時，當故障是發(fā)生在本饋線上時，其對本饋線故障處上游短路電流沒有影響，但故障點下游處會由光伏電源提供反向的短路電流，由于在故障段只有上游有保護裝置，所以下游會形成孤島效應。光伏電源容量越大，對故障點下游提供的反向短路電流越大，由于沒有保護方向性可能產生誤動。

【參考文獻】

[1]石振剛，王曉蔚，趙書強.并網光伏發(fā)電系統(tǒng)對配電網線路保護的影響[J].華東電力，2010，38（9）：1406-1409.

[2]李斌，袁越.并網光伏發(fā)電對保護及重合閘的影響及對策[J].電力自動化設備，2013，33（4）：12-18.

[3]葉榮波，周昶，施濤，等.用戶側光伏發(fā)電并網對繼電保護分析[J].科技通報，2014，30（1）：158-162.

[4]翟文杰，李建泉，吳小云，等.分布式光伏發(fā)電對配電網保護的影響[J].大功率變流技術，2013，5：21-26.

[5]侯瑞鵬，楊明玉，李麗.繼電保護整定計算中光伏電站阻抗的計算方法研究[J].內蒙古電力技術，2012，30（2）：25-28.

[責任編輯：楊玉潔]