光伏电站并网对配电网继电保护的影响探究

光伏电站并网对配电网继电保护的影响探究

董志磊

身份证号：12022419831210xxxx江苏苏州215000

摘要：以石油、煤矿等为代表的不可再生能源日益匮乏，可再生能源的开发利用备受关注。光伏发电即是其中之一，集安全、清洁、简单等优点于一身。在实现光伏电站并网的过程中，将会对配电网继电保护产生影响。本文基于配电网继电保护的原理，探究光伏电站并网对配电网继电保护的影响。

关键字：光伏发电；配电网；继电保护

1光伏发电并网的必要性

我国是世界煤矿生产和消费大国，大部分的能源皆由煤矿供给。但此种过度依赖化石燃料的能源结构，对环境带来的影响极大，给社会经济的发展也造成了一定的阻碍。基于我国的环境现状与发展趋势，大力开发和利用可再生能源是保证能源可持续发展的必然选择。

在光伏产业60余年的发展历程中，光伏发电的应用范围急剧增大，应用形式也发生了巨变。光伏发电以光生伏特效应为原理，将太阳能转化为电能，并进行传输，其发电类型可分为独立型光伏发电系统和并网型光伏发电系统。独立型光伏发电系统不与配电网络连接，以独立运行的方式为负荷供电，因此常用于单一用电设备或负载较小的用电设备；并网型光伏发电系统则通过逆变器将转换得到的直流电能转换为交流电能，再经由配电网络进行传输与调度。

由于我国的大部分地区都需要进行跨区域的供电，随着工业技术的变革，电力供应的供给与需求之间的矛盾日益激化，传统的集中式供电方式也不再能够适应配电网络的需求。因此，国家相继出台了有利于光伏发电的开发与利用的相关政策，同时支持个体光伏发电并网。但这又带来了新的问题，尤其是对配电网继电保护造成的影响，直接关系到其保护性能。研究光伏电站并网对配电网络继电保护的影响，以增强配电网络的安全性与稳定性，具有重要的现实意义。

2继电保护原理

在目前我国的配电网中，继电保护的拓扑结构主要有树干型、环网型和放射型。受到与负荷中心距离的影响，配电网的运行方式时常改变，因而发生故障的频率较高。为了保持配电网的安全性与稳定性，需要相应的继电保护，在配电线路发生故障时，继电保护能够发出信号或者跳闸，同时迅速隔离故障点，以保证其余部分恢复正常，从而避免故障的进一步扩大。换言之，继电保护装置必须能够正确地区分被保护的元件或路线是否处于正常运行的状态，在配电网络发生故障时，及时进行处理，以维持整个供电系统的稳定性。鉴于继电保护的重要性，继电保护的基本要求就是可靠性、选择性、快速性、灵活性等。

我国传统的继电保护以单电源、辐射式网络为主，其中三段式电流保护最为常见，即定时限过电流保护、限时电流速断保护、电流速断保护。电流速断保护是指在短路电流大于保护整定值时，保护装置随即发生动作，引起断路器跳闸。但电流速断保护一般没有时限，因此不能保护整段线路，其保护范围受系统运行方式的影响较大，存在死角。为克服这一缺陷，常常采用带时限的电流速断保护。限时电流速断保护在原有的保护基础上增加了时间梯度，而定时限过流保护在保护本线路时，还为相邻的线路的远后备保护服务。在继电保护动作跳闸后，还需要进行合闸操作才可恢复供电，因此，自动重合闸装置能够有效提高继电保护的可靠性。

自动重合闸装置能够在断路器因某种因素发生跳闸后，按照一定的方法，延时自动投入，是一种继电保护装置。相关数据表明架空线路中发生的故障多数情况下是瞬时的，在一定时间后故障将自行解除。线路保护与重合闸的配合方式有重合闸前加速保护、重合闸后加速保护。在重合闸前加速保护中，重合闸装置只设置于靠近电源的母线，在线路出现故障时，保护装置动作，重合闸的速动性代替了继电保护的选择性；在重合闸后加速保护中，线路出现故障时，保护装置有选择性地动作，同时重合闸装置动作。实际应用中，重合闸后加速保护的方式主要用于一级负荷比重大或35KV以上供电线路，重合闸前加速保护的方式主要用于单电源供电或35KV以下的供电线路。

3光伏电站并网对配电网继电保护的影响

在光伏电站并网后，配电网的灵活性与可靠性也会得到提高，但与此同时，配电网的结构也将发生变化，从而增加了配电网继电保护的动作难度。一方面，光伏发电系统并入配电网络，很容易引起继电保护装置的误跳闸，影响继电保护原有的保护范围；另一方面，光伏发电系统的并入可能导致相应的继电保护装置拒绝动作，影响继电保护的性能。本文以10KV的配电网络为例，分析光伏电站并网对配电网继电保护的影响。

3.1接入光伏电源的位置研究

分析不同位置接入光伏电源，在发生短路故障后继电保护的动作。在10KV的配电网下游母线以及上游母线分别接入光伏电源，通过研究分析，发现继电保护受到的影响如下：

1）光伏电源的接入，对馈线的末端保护的短路电流有增加作用，使得馈线末端的保护区域增加，从而降低了继电保护的选择性；

2）对馈线上游保护的短路电流有减小作用，使得其动作的灵敏度以及保护的范围发生改变，整个系统的协调性也受到了影响。

3）接入光伏电源后，原有的保护范围发生改变。

3.2光伏电源的输出功率研究

在10KV的配电网馈线下游接入光伏电源，分析当故障点处于光伏电源上游时，光伏电源的输出功率对配电网继电保护的影响；在10KV的配电网馈线上游接入光伏电源，分析当故障点处于光伏电源的下游时，光伏电源的输出功率对配电网继电保护的影响。通过分析发现，光伏电源的接入将会对电源系统的电流分布造成极大的影响，故障电流将会随着光伏电源的输出功率的变化趋势发生变化。

3.3自动重合闸分析

光伏电源并入配电网后，在光伏电源与系统电源之间的线路上出现故障时，相应的保护装置将信号传递到断路器，从而引起断路器跳闸，若在自动重合闸动作之前，光伏电源未从配电网中解列，将可能导致重合闸装置的非同期合闸，对电网产生震荡危害，严重时还可能影响整个系统。此外，光伏电源的接入还可能造成故障点的电弧持续，在发生故障时，若光伏电源没有从配电网中解列，重合闸装置动作之后，仍然会继续对故障点进行供电，导致电弧不能正常熄灭，可能引起绝缘击穿，最终瞬时性的短暂故障将会变为永久性的长时间故障。

3.4讨论

本文以10KV配电网为例，对配电网的三段式电流保护进行分析，详细分析了在光伏电源接入前后，故障电流的流向、分布变化，以及光伏电源的接入位置、装机的容量对线路保护以及自动重合闸装置所造成的影响。接入光伏电源的位置不同，将会影响继电保护原有的保护范围，从而影响整个系统的协调性和选择性；此外，光伏电源的接入还将对整个系统的电流分布造成影响。结果发现，光伏电站的接入对配电网的继电保护的影响，主要由接入点位置与故障点之间的距离、光伏电站的容量决定。要避免光伏电源的容量面较大的不利影响，可以在各种极端情况下，事先校验电流保护定值等指标，必要时考虑加设方向元件。

4结语

光伏发电作为一种新型的高效清洁能源，其并网技术的发展在人类社会的发展史中，具有极为重大的意义。但配电网络在接入光伏电源后，其电流流向、电源结构也随之发生改变，对配电网的继电保护也提出了新的要求。本文结合配电网继电保护的原理，分析了光伏电站并网对配电网的继电保护的影响，为含光伏电源的配电网继电保护新方案的制定提供相应的参考，从而为实现含光伏系统配电网继电保护服务，促进光伏产业的发展。

参考文献：

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