杜錦昉

摘 要 本文對分布式光伏電源接入對備自投的影響進行了詳細的研究，提出基于多點電壓判斷的自適應(yīng)分布式電源備自投邏輯。為光伏電站繼電保護原理設(shè)計、整定以及斷路器的選擇提供了理論依據(jù)，對光伏電站繼電保護的正確動作以及電網(wǎng)安全運行具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】分布式光伏 備自投 防孤島保護

備自投在電力系統(tǒng)中的主要作用，是保證供電系統(tǒng)中主供電源失去后，快速準(zhǔn)確地切換至備用電源，保障用戶的可靠用電。而光伏發(fā)電受外界天氣條件影響較大，隨著電網(wǎng)控制力較差的光伏電源（Distribution Generation，簡稱DG）大規(guī)模接入，對自動化設(shè)備的配合產(chǎn)生了較大的影響，在一定程度降低了用戶的用電質(zhì)量。

1 備自投的動作條件

以分布式光伏電源接入10kV終端變電站為例，分析分布式光伏電源接入后對備自投的影響。

1.1 進線備自投的動作條件

如圖1所示，當(dāng)進線L1正常運行，進線L2備用時，10kV I母、II母均有電壓，且QF1和QF3在合位、QF2在分位，滿足備自投的充電條件，備自投經(jīng)過延時充電完成。而當(dāng)進線L1因故障或其他原因被斷開后，10kV I母、II母均失壓，進線L2有壓，進線L1無電流，此時備自投動作，斷開QF1，合上QF2，進線L2自動投入運行。

1.2 對備自投快速性的影響

未接入光伏電源或光伏電源接入容量小的情況下，當(dāng)進線L1由于某種原因被斷開后，I母、II母失壓，備自投裝置應(yīng)迅速啟動，斷開QF1，合上QF2，恢復(fù)對用戶的供電。此時整個配電網(wǎng)有比較強的消納能力，當(dāng)電網(wǎng)電源失去后，由于光伏電源發(fā)電功率較小，即使不對其采取任何控制措施，也不影響備自投的整體動作過程。

接入光伏電源超出一定容量后，當(dāng)進線L1由于某種原因被斷開后，I母、II母失壓，備自投裝置應(yīng)迅速動作。但由于光伏電源的存在，當(dāng)母線與主網(wǎng)斷開后，光伏電源、I母、II母將形成短時局部孤島，導(dǎo)致母線仍有電壓，不滿足備自投啟動條件，備自投無法動作。而DG機組的容量也不足以滿足全站負荷功率，隨著失去進線L1主網(wǎng)電源后，DG機組也將失去穩(wěn)定性，DG機組電壓下降，當(dāng)電壓降低到一定程度，滿足備自投無壓啟動條件，備自投方可啟動，斷開QF1，合上QF2。

若緩慢下降的10kV母線電壓無法下降到備自投裝置的母線無壓檢定條件，備自投將無法動作，最終導(dǎo)致全站欠壓運行。

綜上分析可知，光伏電源的接入導(dǎo)致備自投的動作時間增長，引發(fā)不可控情況，直接影響備自投裝置的快速動作，需著重考慮并網(wǎng)電源的切除與備自投動作的時限配合問題。

1.3 對備自投合閘的影響

1.3.1 線路L1不具備重合閘功能

假設(shè)運行線路L1發(fā)生故障，根據(jù)繼電保護的選擇性，線路L1保護動作跳開QF1，10kV I母、II母失壓。備自投裝置應(yīng)迅速啟動，跟跳QF1，合上QF2，恢復(fù)對用戶的供電。如2.2所介紹，備自投由于光伏電源的接入會延長動作時間，與此同時，備自投合備用電源時，光伏電源仍掛網(wǎng)運行，備用電源與光伏電源之間將產(chǎn)生非同期合閘問題，對變電站和光伏電源機組產(chǎn)生沖擊和破壞。

1.3.2 線路L1具備重合閘功能

假設(shè)運行線路L1發(fā)生故障，線路L1保護動作后經(jīng)延時進行重合，如果投重合閘不檢，因為孤島的存在及其未知性，可能對電力系統(tǒng)及孤島內(nèi)設(shè)備造成損害和沖擊。如果進行重合閘檢同期或檢無壓，則由于孤島的存在重合閘無法成功。同樣會延長備自投動作時間，影響供電質(zhì)量。

2 基于多點電壓判斷的自適應(yīng)分布式電源備自投邏輯

由上述分析可知，由于分布式光伏電源的影響，可能會導(dǎo)致備自投動作失敗，降低供電可靠性。為了減少對備自投造成的不良影響，保證主供電源故障時快速恢復(fù)供電，可采集進線電壓、光伏電源電壓、母線電壓，通過多點電壓進行備自投邏輯處理，預(yù)判定孤島的發(fā)生。一方面閉鎖備自投動作，等待防孤島保護延時切除光伏電源，使備自投滿足動作邏輯，另一方面可以自適應(yīng)處理當(dāng)前邏輯狀態(tài)，適時的跳開光伏電源。

根據(jù)圖2可知，在進線電源失電以后，光伏電源繼續(xù)供電，形成孤島系統(tǒng)。此時備自投閉鎖，當(dāng)防孤島保護經(jīng)T1時限延時動作，斷開光伏小電源與電網(wǎng)的聯(lián)接后，10kV備自投才滿足母線無壓條件，備自投啟動執(zhí)行動作邏輯。針對運行線路是否投入重合閘功能及線路故障類型所產(chǎn)生的不同情況，分析如下。

（1）運行線路不投入重合閘功能，進線1在0時刻發(fā)生故障導(dǎo)致線路失壓，此時，光伏電源形成孤島系統(tǒng)，備自投閉鎖。防孤島保護經(jīng)T1時限動作后，備自投啟動執(zhí)行動作邏輯，于T3時刻跳開1QF，T4時刻合上2QF恢復(fù)變電站對用戶供電。

（2）運行線路投入重合閘功能，進線1在0時刻發(fā)生瞬時性故障導(dǎo)致線路失壓，此時，光伏電源形成孤島系統(tǒng)，備自投閉鎖。防孤島保護經(jīng)T1時限動作，T2時刻重合閘成功，備自投動作返回，變電站負荷繼續(xù)由線路L1接帶。

（3）運行線路投入重合閘功能，進線1在0時刻發(fā)生故障導(dǎo)致線路失壓，此時，光伏電源形成孤島系統(tǒng)，備自投閉鎖。防孤島保護經(jīng)T1延時動作，T2時刻保護重合閘動作，但由于線路為永久性故障，保護再次跳開斷路器。此時備自投閉鎖時間到，檢測到母線、光伏電源仍有壓。T3時刻備自投跳1QF同時聯(lián)切光伏電源，T4時刻備自投動作合上2QF，變電站恢復(fù)供電。

結(jié)合上述分析，建議線路重合閘的時限應(yīng)大于防孤島保護動作T1時限。備投閉鎖時間設(shè)定為T3，T3時間需大于防孤島時間T1和重合時間T2。光伏電源恢復(fù)T5（T5>T4）后，如果10kV母線系統(tǒng)電壓和運行頻率穩(wěn)定，光伏小電源可以恢復(fù)并網(wǎng)，根據(jù)國家光伏電站接入電網(wǎng)規(guī)定，恢復(fù)時間建議設(shè)定為20S。

3 結(jié)論

光伏電源的接入會造成一些不可控的情況發(fā)生，影響備自投裝置的快速、可靠動作。在遇到需要合閘的情況時，如果進行檢同期或檢無壓，則由于光伏孤島的存在將導(dǎo)致重合不成功，延長備自投動作時間，降低供電質(zhì)量，在電網(wǎng)的實際運行中，需著重考慮并網(wǎng)電源的切除與備自投動作的時限配合問題。

參考文獻

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內(nèi)蒙古巴彥淖爾電業(yè)局 內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市 015000endprint