摘要：近年来，随着分布式光伏发电（简称PV）技术的迅猛发展以及国家新能源优先调度政策的执行，大量PV系统接入配电网，使配电系统从放射状结构变为多电源结构，电网潮流和短路电流的大小、方向和分布特性均发生改变。光伏并网发电系统没有旋转惯量、调速器及励磁调节系统，不具备调压、调频以及调峰能力。受其发电特性影响，当线路发生故障后，光伏电源对系统注入的短路电流远小于并网后提供的短路电流，线路保护的灵敏度下降，导致保护装置误动或拒动，相邻线路的瞬时速断保护失去选择性等。因此，原有保护方案不能满足接入PV系统后配电网继电保护要求，必须评估PV系统对配电网继电保护的影响，研究新的保护策略。
关键词：分布式光伏发电；配电网继电保护；影响研究
1引言
为了促进太阳能发电的快速发展，国家开始大力提倡太阳能发电模式，对太阳能发电进行鼓励和支持，从政策方面来看，政府部门允许光伏发电站使用自发自用模式、完全上网模式以及自发自用余电上网等模式进行并网结算，对于太阳能发电站的发展具有重要意义。太阳能发电站在使用这些并网阶段模式进行并网时，由于某些因素的影响使得在继电保护中都会存在着一定的问题，这些问题如不及时解决，会对光伏电站的健康发展造成不良影响。
2分布式光伏发电的概述
2.1分布式光伏发电的概念
分布式光伏发电，秉持分散布局、清洁高效、就近利用以及因地制宜原则，对太阳能资源进行充分利用，可达到节能环保目的，减少化石能源的消耗。分布式光伏发电的原理是采用光伏组件，将太阳能转化为电能，属于最新型的发电形式，在设计阶段倡导就近转换、就近使用原则，其分布式的部署形式能进一步提升同等规模发电站的发电能力，同时可以缓解电力输送过程中升压操作的损耗问题。
2.2分布式光伏发电的特点分析
分布式光伏发电具有输出功率小、发电用电功能并存、环保效益高的特点。（1）输出功率小：通常单独一个分布式光伏发电项目，其通量会控制在数千瓦之内，相比集中式发电站，分布式光伏电站的大小，不会对发电的效率产生过多的影响，同时对经济性产生的影响也相对较小，但是投资收益率却不低于大型电站。（2）发电用电功能并存：大型地面发电站，采用升压接入输电网，只能够作为发电站运行，但是分布式光伏电站测试发电、用电二者并存，遵循最大化就地消纳的原则。（3）环保效益高：分布式光伏电站在运行、发电过程中，无噪声污染，同时不会对周边空气、水体造成污染。
3分布式光伏发电并网对配电网继电保护的影响
3.1影响三段式电流保护
由于配电网接入DG后，改变了原网络的拓扑结构，系统潮流也将重新分布，故障电流的大小和方向也将发生变化。如图1所示，DG接入位置的不同，对配电网原继电保护的影响也会不同。文章以DG的接入点在线路中间位置为例进行具体分析：
（1）当K4点发生短路时。另一馈线的保护1和保护2感受不到短路电流，因而其保护不受DG接入的影响。由于DG的接入，流过保护3的短路电流要比未接入DG时小，保护3灵敏度降低。流过保护4的短路电流有电源S和DG共同提供，保护灵敏度增加，能可靠动作。（2）当K3点发生短路时。保护1和保护2同（1）中分析情况。同样，流过保护3的短路电流要比未接入DG时小，造成灵敏度降低，如果DG容量足够大，可能会出现保护拒动现象。并且，保护3切除故障线路后，DG仍然向故障点和D母线供电，形成孤岛运行。保护4不流过短路电流，所以对其没有影响。（3）当K2点发生短路时。由于DG的接入，流过保护1和保护2的短路电流都将增大，可能会引起保护1的误动作；对于保护2，保护灵敏度将增加，能够可靠动作。由DG提供的短路电流流过保护3，如果DG容量足够大，可能会出现保护3误动作现象。保护4不流过短路电流，所以对其没有影响。（4）当K1点发生短路时。保护1流过短路电流由电源S和DG共同提供，保护灵敏度增大，能够可靠切除故障线路。短路电流不流过保护2和保护4，所以对其没有影响。保护3同（3）中分析情况。
3.2影响自动重合闸
如上图2所示，在保护1、4的保护装置中增加前加速自动重合闸。当f1处发生瞬时性故障时，保护1立刻产生动作，断路器断开，AAR无条件自动重合闸一次，但由于光伏电源的接入，光伏电源会继续向故障点提供电流，故障处的电弧仍然存在，导致保护1处的AAR重合闸失败，故障由瞬时故障变成永久故障，导致停电范围扩大。同理，当f2处发生瞬时性故障时，保护1马上响应并动作，断路器断开，AAR无条件自动重合闸一次，但由于光伏电源的注入电流仍然存在，故障处的电弧无法熄灭，自动重合闸失败。为了避免自动重合闸失败，在馈线AB两端均安装保护装置，当f1发生故障时，线路AB两端均产生保护动作，快速准确地切除故障。因此，光伏电源下游部分线路会形成电力孤岛，当线路恢复供电后，电力孤岛和供电网络处于不同步状态。当f3处发生瞬时性故障时，保护4因保护跳闸后，AAR无条件自动重合闸成功，但由于光伏电源的接入，保护1有可能因光伏电源提供的反向电路而产生动作，造成了保护1处的保护装置的误判，因此需要在保护1处增加自动重合闸装置，避免保护1出现误动作。需要考虑在光伏电源接入线路处的增加方向保护元件，以此判断光伏电源的反向电流。
3.3影响支线路保护
在早期的系统内部的分支线路之中，将分布式发电融入其中，很容易对整个熔断器本身的保护效果带来不同程度的影响。在线路内部单独设置一个接入端，在实际运行的时候，如果线路的末端位置有故障问题出现，很容易对熔断器造成严重地损坏，并使得电流保护的效果大幅度下滑。与此同时，通常而言，线路末端位置的电流基本上全部都是由配电网自主提供。如果供应的电流量过高，很容易造成与线路相连位置的熔断器出现故障问题，最后造成熔断器内部的熔体完全熔断。然而，为了保证配电线路本身的安全性，其末端位置一般是不能够被完全熔断的。因此，当有分布式发电接入到里面之后，往往会对熔断器本身的保护效果带来巨大的影响。不仅如此，在线路末端的位置，其将会得到来自于配电网提供的反向电流。在这个阶段中，熔断器很难判断其具体的方向，即便能够判断，其精确性同样很难有所保证。如此一来，反向电流便会持续提供，从而造成分布式发电接入两侧出现故障，进而将熔体完全熔断。
4基于方向元件的配电网继电保护的改进
受逆变装置的影响，配电网接入PV系统后方向元件的判据与非接入PV系统方向元件的判据不同。有研究经过仿真研究确定，PV系统采用非低电压穿越控制时，配电网电源侧和PV系统侧保护方向元件的动作判据分别为-80°≤σ≤105°和-75°≤σ≤100°；PV系统采用低电压穿越控制时，配电网电源侧和PV系统侧保护方向元件的动作判据分别为-10°≤σ≤105°和-75°≤σ≤170°（σ为保护安装点电压和正序电流之间的向量夹角）。如图3所示，配电网保护装置R1、R2、R4动作于配电网络电源提供的正向短路电流，保护装置R3、R5动作于PV系统提供的正向短路电流，二者不存在配合关系。按照文献[9]提出的电流保护整定原则，故障点出现在PV系统的上游、下游或相邻馈电线路上时，保护装置均能够按照设计的选择性进行动作，切除故障部分，不会出现误动作情况。
5对配电网保护装置影响的应对策略
5.1完善技术标准
对于光伏电站并网这项工作来说，需要能够积极做好相关规范以及技术标准的完善与优化。作为电力企业，需要能够充分结合光伏发电的控制功能、技术参数、抗干扰性能以及运行特点等内容进行分析，以此对光伏电站并网的布设数量、规模大小以及接线结构等内容进行确定，同时科学设定无功配置、电压等级以及电能质量等，保证电站并网操作能够有所依据。而对于光伏电站，且需要能够积极完善无功补偿装置、无功发生器以及调压设备，对分布式光伏发电系统在运行当中的标准性以及规范性进行提升，最大程度对并网后对原有电网运行的影响进行降低。
5.2分布式发电使用频次的控制
在实际生活中，如果说不适用分布式发电是难以实现的，但是可以对其使用频次进行合理控制，虽然分布式发电具有多种优点，越来越多地被人们接受和认可，需求度也在不断升高，但是它的缺点也是显而易见的，在条件允许的情况下可以减少分布式发电系统的使用频次。以此来减少分布式发电对配电网继电保护装置的影响，虽然这种方法在现实中不容易实现，但也是一种降低影响的方法。
5.3加大监控力度
在使用分布式发电过程中为了减少其对配电网继电保护装置的影响可以通过加大对电网的监控和管理力度来实现，一旦出现故障，迅速对故障位置做出判断，并分析故障原因，对故障位置做切断处理，然后以最快速度解除故障，减少故障对电网造成的损坏，通过这种监控方式可以有效降低分布式电网对配电网继电保护装置的影响，为安全稳定的电力供应提供重要保障。
6结束语
综上，分布式发电虽然能够提高对资源的利用率，并且在电力系统中被广泛应用，但是其对配电网继电保护装置的影响不容忽视，对于整个电力系统的稳定性、安全性和可靠性等都会产生负面影响，因此，需要电力企业正确认识分布式发电对配电网继电保护装置的影响，然后再制定针对性的措施来降低这种负面影响，从而确保电力系统安全稳定运行。
参考文献
[1]陈文胜.分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2018,01:158-159.
[2]祁波.光伏发电并网对配电网保护的影响及改进策略研究[D].华北电力大学(北京),2016.
[3]王浩.分布式光伏接入系统的继电保护改进方案研究[D].西安理工大学,2017.
论文作者:颜严 熊隽迪
论文发表刊物:《知识-力量》2019年9月34期
论文发表时间:2019/7/23
标签：分布式论文; 光伏论文; 电流论文; 故障论文; 配电网论文; 线路论文; 系统论文; 《知识-力量》2019年9月34期论文;