光伏电源接入配电网对馈线继电保护的影响郝富国

光伏电源接入配电网对馈线继电保护的影响郝富国

郝富国

（山东烟台264000）

摘要：光伏电源作为分布式电源的一种，逐渐成为重要的电力电源形式。大规模的光伏并网电站接入配电网后，单端供电配电网络变成双端甚至多端网络，使得配电网中的潮流分布发生根本变化，从而发生短路故障时可能引起保护误动或拒动。

关键词：光伏电源；配电网；馈线保护

1光伏发电系统基本原理

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转变为电能的一种技术。典型的光伏发电系统可由光伏矩阵(太阳能电池方阵)、蓄电池、控制器、直流配电柜、逆变器和交流配电柜等设备组成，如下图所示。其中光伏矩阵和逆变器是光伏发电系统的基本要素。通过串并联太阳能电池组件形成光伏矩阵，并使得方阵电压达到系统输入电压的要求。太阳能通过光伏组件转化为直流电能，通过直流监测配电箱汇集至逆变器将直流电能转化为交流电力。

2配电网结构和传动馈线继电保护装置

目前运行中的配电网主要由架空线路、电缆、配电变压器、开关、无功补偿电容以及其他设施组成，配电网的安全以及稳定性对于整个供电行业都有着至关重要的意义。

配电网在供电过程中根据电压的高低，可以分为高压配电网、中压配电网以及低压配电网三种，不同的配电网在运行过程中各自具备着不同的特点，目前配电网采用的运行方式一般是闭环设计以及开环运行，整体结构上呈现辐射状，在配电网运行过程中，馈线继电保护装置是保障配电网安全稳定运行的关键，在配电网正常运行的前提下，馈线是处于单端电源供电状态，在传统的配电网馈线继电保护装置的设计过程中，是没有考虑多途径电源接入的问题，也就是说在传统的配电网结构中，配电网和用户是不可以进行任何外界其他电源进行供电，其整体潮流是从供电企业为的单方面电源向用户流动的，系统中的馈线继电保护装置也是安装在变电站线路处，并且主馈线上装设着自动重合闸装置，但是随着光伏电源不断的接入到电网之中，整个配电网体系正在发生着变化，首先最显著的变化就是接入配电网中的电源不在是单一的供电企业供电电源，配电网中的潮流也正在改变过去的单一式状态，潮流改变的同时配电网系统中的短路电流也会发生改变。

继电保护装置是电力系统中最关键的保护装置，其性能的稳定性对于电网安全稳定运行有这关键的意义，因此配电网进行继电保护装置的选择过程中应该选取更加稳定可靠并且灵敏性高的装置。目前的配电网采用的馈线保护装置一般是分三中速断保护进行的，也就是瞬时电流保护、定时限电流保护和过电流保护，瞬时电流速断保护是指通过断电方式来避免馈线末端短路时产生的最大三相短路电流，并且对故障进行及时的切除；定时限电流速断保护其工作过程是与相邻线路共同配合进而完成保护工作；过流速断保护则是按照躲过馈线最大的负荷电流，而与相邻馈线的过流保护特性进行配合保护，进而有效的保护相邻馈线的安全。此外在架空的馈线还应该配置一个三相一次重合闸，以此来确保馈线在发生故障之后，可以及时的恢复正常供电状态，进而保障整个配电网的可靠性。

3光伏系统接入配电网时对馈线保护的影响

光伏发电系统一般是通过10kV馈线接入配电网的，当故障发生时，接入光伏电源后，其故障电流的大小和分布明显与不接光伏电源时不同，当光伏电源容量与配电网系统容量相比足够大时，将会影响配电网原有继电保护装置的正常运行。由于光伏电源对故障电流的助增或分流作用，流过馈线保护的故障电流可能增大也可能减小，从而降低了馈线保护装置的保护范围和灵敏度。

3.1对故障短路电流的影响

在传统配电网中，线路故障时短路电流为从电源端指向故障点的单一流向电流，因此主馈线上所配置的保护为无方向三段式过流保护或者反时限保护或者距离保护，另有重合闸装置。光伏电源接入配电网，会使配电网原来的供电结构发生变化，光伏电源将通过线路向负荷输送一定容量的功率。当配电网发生故障时，系统电源和光伏电源可能会同时向故障点提供短路电流，从而影响配电网短路电流的大小，甚至改变配电网短路电流的方向。短路电流的大小和方向将因受到光伏接入位置及容量的影响而发生变化，可能导致原保护系统发生误动作。目前还没有能够很好的解决这一问题，这就需要在光伏电源接入配电网后，重新考虑各方面的因素，进行馈线继电保护的整定计算，尽力使系统不会因为原保护系统的不正确动作而陷入频繁的故障。

3.2对馈线重合闸的影响

实际上，配电网发生的故障基本上都是瞬时性的故障，因此在配电网中应用重合闸对提高系统的可靠性以及减少维护电网的工作量都有着很重要的意义。在单端供电的配电网结构下，对配电网馈线都是采用重合闸来实现瞬时故障的供电的，来保证配电网的安全稳定运行。但是光伏电源接入配电网后，若故障出现在系统电源进线侧，则有可能在重合闸动作时造成非同期重合，对光伏发电系统造成冲击。如果光伏电源与配电网之间的联络线在发生故障后跳开了，那么光伏电源就不会影响重合闸对配电网的保护作用。但如果在发生故障时光伏电站电源没有及时跳离馈线，那么就会与部分电网形成电力孤岛。在光伏电源试图维持孤岛电源的情况下，却同时也给重合闸带来了很大的隐患，使得重合闸的作用难以实现，在重合过程中不成功或者是产生非同期的重合闸。在传统的配电网继电保护与重合闸的配合过程中，一般单独采用前加速或者后加速方式，当采用前加速方式时，任何位置的故障都会跳开光伏电源，可能会扩大停电范围，延长了用户的停电时间。当采取后加速方式时，故障产生延时可能会使光伏电源受到负序电流的影响而遭到破坏。

3.3对备用电源的影响

光伏电源接入前，配电网为辐射状网络，线路采用三相一次重合闸，而变电站、重要负荷采用备自投，以保证紧急断电时，特种设备的供电安全，提高供电可靠性。正常情况下，当主流电源因发生故障而断开时，则需要利用备用电源自动投入到供电状态，以尽快恢复供电。在接入光伏电源之后，为防止非同期合闸产生非常大的冲击电流对配电网和光伏电源设备带来的强烈冲击，这就要求对备用电源的自动投入过程更快，要求更高，能够迅速产生同期重合闸。

结语

随着光伏电源逐渐的接入配电网中，配电网中的运行方式中馈线继电保护正在发生着变化，在光伏电源接入配电网之后，配电网经常性的会出现短路故障，进而引起继电保护的误动和拒动，对配电网的运行稳定性以及安全性带来严重的影响。

参考文献：

[1]刘健,倪建立,杜宇.配电网故障区段判断和隔离的统一矩阵算法[J].电力系统自动化,1999,01.

[2]金兆杰.浅析当前低压配电网电压质量问题[J].华东电力,1987,04.

[3]杨东.配电网线损计算方法分析研究[D].西安理工大学,2003.

作者简介：

郝富国（1982.6.22），男；山东烟台人；汉族；本科；工程师；主要研究方向：物联网采集、电路；