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1 引言

隨著全球能源需求的增加和環(huán)境污染日益加劇，太陽能作為清潔、可再生的能源形式受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。太陽能分布式光伏電站作為重要的太陽能利用方式，已經(jīng)逐漸成為未來能源發(fā)展的趨勢。然而在太陽能分布式光伏電站接入配電網(wǎng)過程中，由于運(yùn)行特點(diǎn)不同，可能會(huì)出現(xiàn)一些電網(wǎng)故障，如過電壓、欠電壓、短路等，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成威脅。因此，如何對太陽能分布式光伏電站進(jìn)行繼電保護(hù)的配置，成為當(dāng)前亟待解決的問題[1]。

2 分布式光伏電站并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

2.1 太陽能分布式光伏電站概述

太陽能分布式光伏電站是指將多個(gè)小型光伏電站分布式地建設(shè)在電網(wǎng)用戶側(cè)的鄉(xiāng)村、城市、工廠等地方，將分散的光伏發(fā)電資源集成到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)分布式發(fā)電。與傳統(tǒng)的大型中心化光伏電站相比，具有許多優(yōu)勢[2]。

一是降低輸電損耗。太陽能分布式光伏電站建設(shè)在電網(wǎng)用戶側(cè)，與用電負(fù)荷相近，避免了遠(yuǎn)距離輸電帶來的損耗，提高了發(fā)電效率。

二是減少土地占用。太陽能分布式光伏電站建設(shè)在建筑物、工廠、商場等建筑群中，充分利用已有的空間，減少了土地占用，避免了因?yàn)榻ㄔO(shè)光伏電站而進(jìn)行土地征用的問題。

三是增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性。太陽能分布式光伏電站分散建設(shè)在用戶側(cè)，能夠有效平衡電網(wǎng)負(fù)荷，減少電網(wǎng)的負(fù)荷壓力，提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。

四是降低環(huán)保成本。太陽能分布式光伏電站能夠減少化石能源的使用，降低環(huán)境污染，同時(shí)也降低了環(huán)保成本。

2.2 分布式光伏電站并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

太陽能分布式光伏電站雖然具有諸多優(yōu)勢，但是在使用過程中也有許多技術(shù)難題需要解決。以接近負(fù)荷的方式向配電網(wǎng)輸送電能對三段式電流保護(hù)、自動(dòng)重合閘和熔斷器保護(hù)都會(huì)產(chǎn)生一定的影響[3]。

2.2.1 影響三段式電流保護(hù)

三段式電流保護(hù)主要是針對中低壓配電網(wǎng)的保護(hù)措施，基本原理為在配電線路的起點(diǎn)、中段和終點(diǎn)分別設(shè)立斷路器或負(fù)載開關(guān)，通過測量不同位置的電流、電壓變化，實(shí)現(xiàn)對故障電流的精確定位和及時(shí)切除，保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著太陽能分布式光伏電站的接入，這種傳統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制存在的問題如下。

一是不穩(wěn)定的電壓和電流造成保護(hù)誤動(dòng)，增加誤報(bào)率。由于太陽能分布式光伏電站的發(fā)電量受天氣等自然條件的影響較大，產(chǎn)生的電壓和電流會(huì)有一定的波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的電流保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)，錯(cuò)誤地切除正常的負(fù)載電流，從而造成供電中斷或安全事故。

二是電流反演導(dǎo)致保護(hù)失效，增加電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)。在太陽能分布式光伏電站的接入中，發(fā)電裝置通常是通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后再接入配電網(wǎng)。由于逆變器會(huì)對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，在某些情況下，可能會(huì)出現(xiàn)“電流反演”的問題，即逆變器輸出的電流方向與負(fù)載側(cè)電流方向相反，造成傳統(tǒng)電流保護(hù)系統(tǒng)無法有效檢測到故障電流，從而導(dǎo)致保護(hù)失效。

2.2.2 影響自動(dòng)重合閘

太陽能分布式光伏電站接入配電網(wǎng)后，由于其電流方向和電壓波動(dòng)等因素，可能會(huì)對自動(dòng)重合閘產(chǎn)生影響，影響電網(wǎng)的供電能力。

一是電流方向變化。在傳統(tǒng)的電網(wǎng)中，電流的流向是單向的，即從發(fā)電站到用戶，但是太陽能分布式光伏電站接入電網(wǎng)后，電流的流向會(huì)發(fā)生變化，可能會(huì)向電站內(nèi)部或者其他分布式電源流動(dòng)。這種電流的變化可能會(huì)使得自動(dòng)重合閘不能正常地工作，從而影響電網(wǎng)的供電能力。

二是電壓波動(dòng)。光伏電站接入電網(wǎng)后，由于光照等因素的影響，可能會(huì)引起電壓的波動(dòng)。這種電壓波動(dòng)可能會(huì)對電網(wǎng)中的自動(dòng)重合閘裝置產(chǎn)生影響，使其失去了靈敏度，不能及時(shí)地檢測到故障，并進(jìn)行隔離和恢復(fù)操作，從而影響電網(wǎng)的供電能力。

2.2.3 影響熔斷器保護(hù)

一是熔斷器額定電流不匹配。太陽能分布式光伏電站接入電網(wǎng)后，由于光照等因素的影響，可能會(huì)引起電壓的波動(dòng)和電流的變化。這種電流的變化可能會(huì)使得熔斷器的額定電流不匹配，從而導(dǎo)致熔斷器無法正常地保護(hù)電路，損壞電設(shè)備，甚至引起火災(zāi)等危險(xiǎn)情況。

二是熔斷器故障檢測不及時(shí)。太陽能分布式光伏電站接入電網(wǎng)后，電流的變化可能會(huì)對熔斷器的故障檢測產(chǎn)生影響，使得熔斷器不能及時(shí)地檢測到故障，并進(jìn)行隔離和恢復(fù)操作，從而影響電網(wǎng)的供電能力，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞和人身傷亡等危險(xiǎn)情況。

3 分布式光伏電站并網(wǎng)接入方式

太陽能分布式光伏電站通常采用并網(wǎng)接入方式，將發(fā)電的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并通過并網(wǎng)點(diǎn)接入電網(wǎng)。常見的接入方式包括單相并網(wǎng)接入、三相并網(wǎng)接入以及逆變器并網(wǎng)接入等三種。

3.1 單相并網(wǎng)接入

單相并網(wǎng)接入的原理是將發(fā)電的單相交流電與電網(wǎng)單相交流電并聯(lián)，通過電網(wǎng)點(diǎn)接入電網(wǎng)。單相并網(wǎng)接入的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、成本低廉，適用于小型分布式光伏電站，如家庭、企業(yè)等小規(guī)模場所。但由于單相電力的特性，容易出現(xiàn)電壓波動(dòng)、諧波擾動(dòng)等問題，不適用于大規(guī)模分布式光伏電站。

單相并網(wǎng)接入的技術(shù)方案主要包括串聯(lián)式和并聯(lián)式兩種，將太陽能電池板串聯(lián)或并聯(lián)連接成一個(gè)大電池組，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并與電網(wǎng)單相交流電串聯(lián)或并聯(lián)連接。

兩種接入方式都需要保證電池板的電壓和電流在一定范圍內(nèi)，避免電池板之間的電壓失衡和電流不一致。串聯(lián)式單相并網(wǎng)接入的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝和維護(hù)，并聯(lián)式單相并網(wǎng)接入的特點(diǎn)是電池板之間的電壓和電流均衡，能夠充分利用太陽能電池板的發(fā)電能力。

3.2 三相并網(wǎng)接入

三相并網(wǎng)接入是太陽能分布式光伏電站中常用的一種接入方式。三相并網(wǎng)接入將發(fā)電的三相交流電與電網(wǎng)三相交流電并聯(lián)接入電網(wǎng)。其原理是將發(fā)電的三相交流電與電網(wǎng)三相交流電并聯(lián)，通過電網(wǎng)點(diǎn)接入電網(wǎng)。三相并網(wǎng)接入的優(yōu)點(diǎn)是電力穩(wěn)定、諧波小、傳輸距離遠(yuǎn)等，適用于大規(guī)模分布式光伏電站。但由于三相電力的特性，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝和維護(hù)難度較大。

直接并網(wǎng)。逆變器直接與電網(wǎng)相連，并通過電網(wǎng)保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但是需要逆變器具備一定的功率調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)載變化。

集中式控制。通過集中式控制器對光伏電站的功率輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足電網(wǎng)負(fù)載需求。這種方式可以更好地實(shí)現(xiàn)分配和調(diào)度，但是需要額外的控制系統(tǒng)和通信設(shè)備，增加了成本和復(fù)雜度。

3.3 逆變器并網(wǎng)接入

逆變器并網(wǎng)接入是將太陽能電池板發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，再通過并聯(lián)接入電網(wǎng)。其原理是將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中逆變器輸出的交流電與電網(wǎng)交流電并聯(lián)連接，將太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的電能注入電網(wǎng)。逆變器并網(wǎng)接入的優(yōu)點(diǎn)是光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝和維護(hù)較為簡單，且能夠充分利用太陽能電池板的發(fā)電能力。逆變器并網(wǎng)接入的技術(shù)方案主要包括單相和三相兩種。單相逆變器并網(wǎng)接入的特點(diǎn)是適用范圍窄，但結(jié)構(gòu)簡單、易于安裝和維護(hù)，成本較低。三相逆變器并網(wǎng)接入的特點(diǎn)是適用范圍廣，能夠充分利用太陽能電池板的發(fā)電能力，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝和維護(hù)難度較大。

4 分布式光伏電站并網(wǎng)方式及其繼電保護(hù)設(shè)置

在太陽能分布式光伏電站并網(wǎng)時(shí)，必須進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)配置和并網(wǎng)斷路器保護(hù)，以保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體的保護(hù)配置需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況來決定，并且應(yīng)定期檢查和維護(hù)，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

分布式光伏電站接入配電網(wǎng)時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的繼電保護(hù)配置，以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。具體的繼電保護(hù)配置需要根據(jù)電站和電網(wǎng)的具體情況進(jìn)行選擇和設(shè)置，并且需要定期檢查和維護(hù)，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)和并網(wǎng)斷路器保護(hù)是兩個(gè)重要繼電保護(hù)配置。

4.1 系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)配置

系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)配置是指在光伏電站接入配電網(wǎng)時(shí)，針對配電網(wǎng)側(cè)的電力系統(tǒng)進(jìn)行的保護(hù)配置。其目的是確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，防止因光伏電站接入而引起的故障和事故。

4.1.1 根據(jù)電壓等級(jí)進(jìn)行分段保護(hù)

在系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)配置中，需要對110kV 電壓進(jìn)行分段保護(hù)，以母線段為單位進(jìn)行設(shè)置。這樣能夠涵蓋高頻、低頻、高壓和低壓燈保護(hù)設(shè)施，并且包括光伏電站連接線斷路器，從而保證電力系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性。

4.1.2 針對連接線路進(jìn)行過電流保護(hù)

在配電網(wǎng)10kV 光伏電站連接線路中，需要設(shè)置過電流保護(hù)設(shè)施。這是因?yàn)檫^電流是光伏電站接入配電網(wǎng)時(shí)常見的故障類型之一，需要進(jìn)行有效的保護(hù)。同時(shí)，還需要能夠進(jìn)行方向元件投退和方向閉鎖，以防止反方向故障的發(fā)生。

4.1.3 保證三相一次重合閘功能的正常發(fā)揮

系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)配置中，需要確保三相一次重合閘能夠正常發(fā)揮作用，并且在時(shí)間方面與光伏電站切除所需的最長時(shí)間保持一致。此外還需要具備無壓檢測和同期功能，以避免非同期合閘帶來的危害。

4.1.4 根據(jù)地區(qū)規(guī)定配置斷路器

針對節(jié)點(diǎn)位置，需要根據(jù)地區(qū)的相關(guān)規(guī)定采用合適的方式配置斷路器。這需要先調(diào)查分布式光伏電站的容量，然后才能進(jìn)行專門配置。對于斷路器的保護(hù)，應(yīng)采用常規(guī)的線路，并且需要對線路進(jìn)行無壓檢測，以確保電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

4.2 并網(wǎng)斷路器保護(hù)

并網(wǎng)斷路器保護(hù)是指在光伏電站與配電網(wǎng)連接時(shí)，在并網(wǎng)斷路器處設(shè)置的保護(hù)措施，其目的是確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，防止因光伏電站接入而引起的故障和事故。

4.2.1 速斷保護(hù)

速斷保護(hù)是指在出現(xiàn)故障時(shí)，通過速斷設(shè)備迅速切斷光伏電站與配電網(wǎng)的連接，以防止故障擴(kuò)大和事故發(fā)生。常用的速斷設(shè)備包括光纖差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)以及帶方向的過流保護(hù)等，這些設(shè)備能夠快速檢測出故障，并對電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。

4.2.2 孤島保護(hù)

孤島保護(hù)是指在光伏電站接入配電網(wǎng)后，能夠快速監(jiān)測孤島，并對其與配電網(wǎng)的連接進(jìn)行快速切斷。對于非計(jì)劃孤島，從發(fā)生孤島開始到并網(wǎng)斷路器斷開的時(shí)間應(yīng)確保在2s 之內(nèi)，能夠確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2.3 逆功率保護(hù)

逆功率保護(hù)是指在光伏電站采用不可逆的并網(wǎng)方式時(shí)，需要進(jìn)行逆功率保護(hù)的配置，能夠避免光伏電站向配電網(wǎng)輸送過多的電力，對電力系統(tǒng)造成危害。

4.2.4 功能要求

并網(wǎng)斷路器的保護(hù)還需要具備低周、低壓解列功能和高周、高壓解列等功能。這些功能能夠有效地保護(hù)電力系統(tǒng)，避免因光伏電站接入而引起的故障和事故。

5 結(jié)語

本文主要研究了太陽能分布式光伏電站接入配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置問題。通過分析太陽能分布式光伏電站接入配電網(wǎng)的特點(diǎn)和故障類型，提出了一套完整的繼電保護(hù)配置方案。在實(shí)際工程中，可以根據(jù)該方案進(jìn)行繼電保護(hù)的配置，以保證太陽能分布式光伏電站接入配電網(wǎng)的正常運(yùn)行和安全穩(wěn)定。