新能源并网对配电系统继电保护影响分析高宝发

新能源并网对配电系统继电保护影响分析高宝发

高宝发

(云南送变电工程有限公司)

【摘要】：本文主要研究光伏电源接入配电网，以等效思想作为理论基础，探讨了光伏电源并网保护配电系统继电的作用。通过建立光伏并网系统和配电网模型，可以看见系统电源侧和光伏电源的上游馈线短路不会影响配电网继电保护装置，而下游馈线发生短路会减少上游的短路电流，结果造成继电保护拒动作，产生继电保护误动作；相邻的馈线发生短路不会影响该馈线的继电保护，使其上游短路的电流增加，产生继电保护误动作。

【关键词】：新能源；配网系统；继电保护

随着近些年来环境保护和能源缺乏问题的逐渐加重，人们新能源技术的开发应用越来越重视，大量的新能源发电技术，其中最热门的就是光伏并网发电技术[1]。随着光伏产业的规模逐渐增加，行业的总体发展趋势一片大好，预计在未来的几年，我国的光伏行业市场容量会进一步增加，直至2022年，总体光伏累计装置机容量可达到141GW[2]。光伏系统并网是当前太阳能资源开发的主要目标，但是由于光伏发电系统的输出率会被光照、温度等影响，而系统并网以后一定会影响配电网，特别是对配电网继电保护的影响，会改变原来配电系统的拓扑结构和潮流的分布情况，造成短路电流大小和流量被改变，原有系统会失去保护的作用。本文对此进行了有效分析。

1光伏系统的模型建立与分析

1.1构建光伏并网系统

光伏发电系统的组成部分主要有并网控制器、光伏列阵、逆变器、最大功率点、直流变换器以及跟踪器（MPPT）。并网控制器的主要作用是跟踪电网的电压、电流以及相位信息，让逆变器与电网电压的输出交流电同频通向，进而控制逆变器的单位输出功率；光伏列阵就是多个光伏电池组串联构成的，光伏列阵的主要作用是通过光生伏特效应把太阳能转换成电能；逆变器是光伏发电系统的核心，它的主要作用是将直流电转变成三相交流电进入电网；MPPT的功能是控制最大功率点处；直流变换器可以抬高光伏电池的输出电压，让输出电压能够满足逆变器对电压的要求[3]。光伏发电系统结构见图1。

图1光伏并网系统结构示意图

1.2光伏系统并网对配电网继电保护的理论基础

三相短路故障是当前影响配电网运行的最将主要原因，所以本次以三相短路为例进行分，将光伏系统看成电压源加阻抗的形式，如图2。通过推导不同容量的光伏电压接入时影响配电网短路电流的情况，能够分析光伏电源产生的影响。图中的S为系统电源，ES是电压，XS是系统阻抗，EPV为电源电压，PV是光伏电源，XPV是阻抗，省略输电电阻，AB、BC、CD与AE的电抗分别是X1、X2、X3、X4。我们假设光伏电源电压与电源阻抗是相等的，也就是ES=EPV=E，此时用光伏容量表示电源阻抗则为XPV=1/SPV。分析在不同位置上发生三相故障的情况。

图2等效配电网模型

1.2.1光伏电源馈线下游故障（K3）

故障见图3，可见I1、I2、I3是SPV的函数，前两个是减函数，会随着SPV的增加而减小，I1低于保护2的电流保护值，会造成保护2无法成为CD的保护；I3是SPV的增函数，会随着其增加而增大，所以I3会变大，当I3超过保护3的电流保护值后，保护3的保护范围会扩大到下级，产生保护误动作。

图4光伏电源馈线上游故障公式

1.2.3系统电源侧故障（K1）

系统电源侧出现短路故障以后，保护侧会自动跳闸，然后重合闸会重新整定时间，重合闸的会造成非同期合闸，为了减少非同期和闸破坏电网，应该快速分离光伏电源与电网，短路故障对配电系统和继电保护就不会产生影响。

1.2.4光伏电源邻近馈线故障（K4）

由图5公式可以看出，I1、I2、I4是PPV函数，其中I1、I2是增函数，SPV的增加会让I1、I2变大，当I2超过保护2的电流保护值时，会造成保护2误动作。I4同样是增函数，当I4超过保护的4的电流定值后，保护4的VB啊噢户范围会扩大至下级线路，产生保护误动作。

2光伏系统并网对配电网继电保护的影响

2.1建立仿真模型

按照图2建立仿真模型，系统电压选择10.5kV，在最大运行方式下的系统阻抗XS•min=0.09Ω，每个馈线的负荷为4MVA。架空线路型号是LGJ-120/25，参数为R=0.223Ω/千米，X=0.421Ω。电缆信号为YJLV-1*70，R=0.268Ω/千米，X=0.07Ω/千米。3km的架空线路为AB、BC，3km电缆线路是CD，而AE为5km架空线路。配电网线路都有三段式的电流保护，按照常规整定方法计算电流保护整定值，在系统最大运行方式下，AB的最大短路电流为3636，最大负荷电流是160；BC最大短路电流1870，最大负荷电流160，CD分别为1545、160，AE分别为2230、160。进而求得各路三段保护的整定值，ABⅠ段电流保护值为4545、Ⅱ段电流保护为2688、Ⅲ段电流保护为433，BC分别为2337、2222、433，CD分别为1933、无、433，AE分别为2788、无、433。

2.2仿真验证

2.2.1光伏电源馈线上游故障（K2）

如图5所示，在家光伏电源容量为0、1、2、3MW时，0.5s会出现故障，会持续0.2s。

3总结

电网企业应该限制光伏电站的容量，以本次研究为例，在确保电网内保护不拒动或误动的基础上，光伏并网容量应该低于2mw。

参考文献：

[1]袁志坚.分布式光伏并网对配电网的影响及解决措施探讨[J].科技展望,2016,(20):94,96.

[2]刘鹏.新能源并网通信综合解决方案研究[J].企业技术开发（下半月）,2015,(3):75-77.

[3]刘故帅,肖异瑶,贺禹强,等.考虑新能源类型的电力系统多目标并网优化方法[J].电力系统保护与控制,2017,(10):31-37.

[4]薛风华,张文远,王小光,等.新能源并网对配电系统继电保护影响分析[J].电工电气,2017,(9):15-18,40.