新型电力系统下的光伏配电并网安全策略研究

新型电力系统下的光伏配电并网安全策略研究

徐通,黄长胜,徐臻宸 ,陈勤哲

国网芜湖市繁昌区供电公司 安徽繁昌   241200

摘要：本文针对供电企业分布式光伏并网运行过程中所采用的安全防护策略进行研究，通过对新型电力系统下的光伏并网隔离设备进行全新的设计，实现对光伏并网线路与主网线路的有效防护，保障主网线路检修人员的人身安全及供电设施的稳定运行。文章从国内外光伏并网发电的现状进行深入分析，通过应用智能控制技术，自动切换光伏并网开关，形成对光伏配电并网线路的闭环保护过程。通过在每条光伏并网线路与公众电网之间节点处设计安装应用保护装置，有效提高了供电企业管理部门的工作效率和安全生产管理水平，维护了配电线路的安全稳定运行。

关键词：光伏发电；隔离开关；智能切换；安全防护

引言：随着新型绿色能源的开发应用，光伏并网发电系统在新农村建设过程中应用越来越多，太阳能光伏发电系统与常规电网相连，共同承担供电任务。当有阳光时，逆变器将光伏系统所发的直流电逆变成正弦交流电，产生的交流电可以直接供给交流负载，然后将剩余的电能输入电网，或者直接将产生的全部电能并入电网。在没有太阳时，负载用电全部由电网供给。在光伏配电并网运行过程中，线路反供电所带来的安全隐患也越来越突出。为此，供电企业针对新型电力系统下的光伏配电并网安全策略进行深入研究，设计采用光伏并网防反供电保护装置和光伏专用并网开关，实现对光伏并网线路的全程自动切换保护过程，进而防范检修作业人员的人身安全和电力设备安全。

一、光伏并网发电安全策略解析

光伏并网发电本地电源系统孤岛运行现象时有发生,这对于现场的发电设备和系统电网危害都很大，更严重的是危害到公用电网电力检修人员的生命安全。虽然本地电源系统自带有防孤岛装置，但是由于装置本身存在的技术设计等因素，导致线路反供电安全隐患依然存在，因此需要在系统前端加装一套防反供电隔离装置尤为重要。

二、光伏配电并网安全防护体系所采用的技术路线

文章通过对光伏并网发电安全防护体系所需要达到的技术要求，对隔离装置结构和功能设计方面进行了深入研究，实现对光伏并网线路的供电状态进行控制，并自动切换重合闸，保护供电设施的安全运行。

1、智能控制保护单元的设计研究

文章依据国家发布的分布式电源并网相关标准规范，实现分布式电源并网点所需设备的集成化、简约化。装置拟集成分布式电源并网所需的开关设备、保护、测控、通信等功能，满足分布式电源接入的防反供电检测、自动安全并网、保护及安全隔离等要求，实现了分布式电源接入配电网的即插即用要求。

2、自动切换开关单元的设计研究

文章通过对人体触电保护方面的数据解析发现，触电导致危险的电压一般在36伏以上，这个时候心脏通过的电流比较大，很容易引起心房症状，呼吸困难等情况的发生，并且还有可能导致患者死亡。所以安全的用电不能够直接接触36伏以上的电压，否则那样很容易造成意外情况的发生。因此，文章通过光伏并网自动切换开关单元的研究设计，在人身触电或电网泄漏电流超过规定值时，能够在极短的时间内迅速切断电源，保护人员及用电设备的安全。

三、光伏配电并网安全防护结构体系设计研究

本文通过对光伏并网架构下的系统安全从结构体系上进行全新的设计改造，优化防触电管理模式，实现对光伏并网线路反供电的全流程管控。

1、智能控制保护单元的设计制作

文章设计采用智能控制保护单元，对光伏并网发电线路进行系统控制，并触发控制开关切换保护。该系统由智能控制智能传感继电器及辅助设备组成。智能控制器通过检测各回路电流的大小和方向的变化情况,判断出各个回路的电压值是否平衡;若某一路出现电压过低或者过高的情况时,则发出报警信号给智能传感器;然后通过与相应的继电器的连接来控制相关的断路器跳闸或合上电源。当电网发生故障后,如果某一线路的电流突然增大且大于正常值时,则该线路上的电压就会随之降低。此时由于该路负载过大而使得其两端电压低于正常值从而造成短路现象的发生。这时如果其他线路上的电流也同时增大且超过正常值时就会出现全系统的短路现象。

智能控制保护装置外壳采用铝合金全封闭式结构，防尘、防潮、防静电、抗干扰能力强，体积小、重量轻、接线简单、安装拆卸方便；装置可集中组屏也可就地分散安装，各间隔功能独立，各装置之间仅通过网络联结，信息共享，这样整个系统不仅灵活性很强，而且其可靠性也得到了很大提高，任一装置故障仅影响一个局部元件；装置采用了高性能处理器和高分辨率的A/D转换器，每周波32点采样，结合专用的测量CT，保证了遥测量的高精度；保护功能完全不依赖通讯网，网络瘫痪与否不影响保护正常运行；设计有软硬件双看门狗功能，使整个系统同时具有较高的测量精度和抗干扰能力；友好的人机界面，装置采用全汉化大屏幕液晶显示，跳闸报告，告警报告，遥信，遥测，定值整定等都在液晶上有明确的汉字标识，便于用户使用和掌握；通讯方式采用CAN口即控制器区域网接口（或485接口），其特点为：结构简单，只有两根线与外部相连；传输速度最高可达1Mbps；传输距离最远可达10KM；采用CRC检验并可提供相应的错误处理能力；采用非破坏性总线仲裁技术，使站内通讯具有很高的效率和抗干扰能力；

装置各保护功能定值、时限和投退可人为设定，调节范围宽，能适应复杂环境。

2、自动切换开关单元的设计制作

文章设计通过自动切换开关单元与智能控制保护单元模块进行端子口连接，在控制芯片功能模块获取施压、过压指令后，功能模块释放指令，进而达到切换重合闸开关，自动跳闸保护，全程无须人工手动操作，智能控制管理。自动切换开关单元的设计具有过压、欠压、过载、漏电、短路、缺相、电源侧断零和防止人触电等保护功能，适用于交流50Hz，额定电压四级400V，额定电流至63-800A的线路中，数码管可实时显示三相电压、三相电流和剩余电流数值，通过RS485通讯接口可将数据发送到上位机中。

自动切换开关单元采用高性能微控制器（MCU）设计，实时进行信号处理和智能控制；数码管显示，操作简便；剩余电流（漏电）保护，剩余电流档位可在线整定，延时型和非延时型任意选择；漏电特波功能，可开启和关闭；具有一次上电有压合闸功能；自动跟踪，根据线路剩余电流自动调节档位，保证产品投运率和可靠性；延时、短延时和瞬时三段保护，电流可设定，采用电子式脱扣；具有高分断能力，保证线路短路保护的可靠性；大电流瞬时脱扣功能，当断路器闭合时，遇短路大电流（≥ 20Inm），断路器由电磁脱扣器机构直接脱扣；过压保护，欠压保护，缺相保护，断零保护；漏电不脱扣报警输出功能；线路剩余电流、三相电源电压、负荷电流实时显示；保护功能及参数可在线设置修改；故障记录，记录跳闸总次数、查询最近10次跳闸原因、跳闸时的故障参数；具有通信功能，可实现遥信、遥测、遥控、遥调。

四、光伏配电并网安全防护体系的建立及应用

文章通过建立科学高效的光伏配电并网安全防护体系，实现对光伏配电并网线路的有效防护，功能装置隔离率达100%，有力保证了光伏并网线路与主网线路检修人员的人身安全和电网供电设备的安全稳定运行，大大提高了供电企业线路管理部门工作效率和供电企业安全生产管理水平。光伏配电并网安全防护体系的建立及应用，安全隔离效果好，适用性强，管理效益显著，可在行业内其它光伏并网运行线路上进行广泛推广应用。

结束语文章通过对光伏配电并网线路安全策略的深入研究，通过现状分析，从安全体系所采用的技术路线、智能控制保护单元的设计制作及自动切换开关单元的设计制作等方面，形成对光伏并网线路反供电现象的检测控制流程，建立起配电线路安全管控体系，为供电企业的安全稳定运行提供可靠的技术保障。

作者简介：

徐通，1968年5月，男，汉，本科，高级工程师，就职于国网芜湖市繁昌区供电公司

黄长胜，1982年12月，男，汉，本科，工程师，就职于国网芜湖市繁昌区供电公司

徐臻宸，1995年5月，男，汉，本科，助理工程师，就职于中广核安徽新能源分公司

陈勤哲，1996年5月，男，汉，本科，助理工程师，就职于国网芜湖市繁昌区供电公司