东莞电力设计院
摘要：文章研究了分布式光伏发电接入配电网后的保护方案。分布式光伏发电已成为可再生资源利用的重要形式。介绍了分布式光伏发电典型接线，对配电网在谐波、电压、继电保护等三方面的影响以及应对策略。
关键词：分布式光伏发电；配电网；继电保护
1引言
近年来，为调整能源结构、改善生态环境，世界各国相继出台了鼓励分布式发电发展的法律法规和政策，光伏发电、风力发电等环保能源受到越来越多的关注。其中，分布式光伏发电因其位于用户附近、容量小、方便接入中低压配电网、配置灵活等特点，可以应用在工业厂房、公共建筑以及居民屋顶上，避免了集中建设的场地限制因素，具有较高的经济效益和社会效益。本文将PV对配电网继电保护的灵敏性和选择性的影响研究。
2分布式光伏发电对配电网的影响
2.1配电网规划问题
配电系统规划主要是根据规划期间内规划区空间负荷的预测结果和现有网络的基本状况来确定最佳系统建设方案，即在满足负荷增长和安全可靠供应电能的前提下确定规划区最优的变电站布点布局和网络接线方式、投资水平及投资时间安排，使配电系统的建设和运行费用最小。随着DG在电力系统中所占比重越来越大，在选择最优配电网规划方案时必须考虑由它所带来的影响：
（1)加大了规划区电力负荷的预测难度。规划区内安装使用DG，与电力负荷相抵消。
（2)规划区用户DG安装点存在不确定性，而利用可再生能源发电的DG，其输出电能又常受到气候等自然条件的影响，其输出电能有明显的随机特性，不能为规划区提供持续的电力保证，使变电站的选址、配电网络的接线和投资建设等规划工作更加复杂和不确定。
（3)虽然DG能减少或推迟配电系统的建设投资，但位置和规模不合理的DG可能导致配电网的某些设备利用率低、网损增加、降低电网可靠性，使电力公司经济效益下降。
（4)从数学上讲，配电网规划是一个动态多目标不确定性非线性整数规划问题，其动态属性与其维数相关联，通常需同时考虑几千个节点，若规划区内出现许多DG将使寻找最优网络布置方案（投资最优、运行维护最省、网损最小)更加困难。
2.2谐波问题
基于电力电子技术的逆变器接入配电网的分布式电源电压调节和控制方式与常规方式有很大不同，其开关器件频繁的开通和关断易产生开关频率附近的谐波分量，对电网造成谐波污染。此外，逆变器在参数不均衡、出发脉冲不对称等情况存在时，可能出现直流电流，这一直流量流入配电变压器可能造成变压器的直流偏磁，进而造成功率因数恶化、波形畸变和异常发热。其具体危害体现在：
（1)若谐波干扰叠加到极低的整定值上，可能引起保护装置误动作，影响电力系统安全和继电保护的可靠性；
（2)若电容器的容抗和供电变压器的漏抗在某一个谐波频率或接近这一频率时相等，将发生危险的谐振而导致非常大的电流或电压，容易烧坏电容器；
（3)谐波危害变压器和电动机，缩短其使用寿命。因此，在光伏并网发电系统中，必须对系统中的谐波进行测量、分析与抑制。
2.3电压波动、闪变问题众所周知，电压降落与系统参数中的Ｒ和X有关，而在呈现电阻性的配电网中，有功波动将影响着各点电压情况。光伏发电输出受天气影响较大，尤其在多云天气，发电功率会出现快速剧烈变化（图1)，发电功率的最大变化率超过10%额定出力，因光伏发电功率随机性易造成电网电压波动、闪变（2)。建筑光伏直接在用户侧接入电网，电压问题直接影响用户的电压设备安全
3.继电保护问题
现有配电网大多是单电源、放射状供电网络，其潮流从电源到负荷单向流动。考虑到配电
网中80%以上的故障是瞬时的，所以传统配电网络的保护设计通常是在变电站处安装反向过电流断路器，主馈线上装设自动重合闸装置，支路上装设熔断器。根据“仅断开故障支路，对瞬时故障进行自动重合闸”的原则，使自动重合闸装置与断路器及各侧支路上的熔断器相互协调，每个熔断器又分别与其直接相连的上一级或下一级支路上的熔断器相互协调，从而实现整个网络的保护。由于放射状结构的配电网中只有一个电源向故障点提供电流，所以这种保护不具备方向性。当分布式电源接入后，不仅分布式电源本身的故障行为会对系统的运行和保护产生影响，更为重要的是此时配电网将变成多电源结构，在故障发生时引起短路电流大小和方向的改变。在线路发生故障后，继电保护以及重合闸的动作行为都会受到光伏发电系统的影响。对基于断路器的三段式电流保护的影响最为显著。配电系统中并入DG对三段式电流保护的影响主要表现：（a)在非故障线路保护误动，从而使保护失去选择性，扩大事故影响范围；（b)导致本线路保护灵敏度降低，严重时保护拒动。
图3为线路中间加入DG示意图。其中P1、P2、P3、P4为带有三段式过流保护的开关，LD1、LD2、LD3、LD4为负荷，S为系统电源，DG代表分布式光伏发电系统，F代表故障。1)F1故障，流过P2的故障电流将由系统S和DG共同提供，保护能可靠动作并切除故障线路。流过P1的故障电流比并入DG前F1发生短路时流过P1的故障电流要小（且并入的DG
容量越大，F1发生短路时P1感受到的故障电流越小)，因而P1的灵敏度将有所降低。
2)F2故障，流过P1的故障电流只由系统S提供，但该故障电流比并入DG前要小，从而使
P1灵敏度降低，严重时P1甚至拒动。因此，必要时应限制并入系统的DG的容量。
3)F3故障，P1能感受到DG提供的短路电流，若DG容量过大，则P1会误动并切除本线路。
4)F4故障，流过P3的故障电流由系统S和DG共同提供，流过P3的故障电流增大，可能会导致其瞬时速断保护躲不开F4点发生故障时的短路电流而误动，将本线路切除，从而使保护失去选择性。当配电网中并入DG后，线路发生瞬时性故障时，DG很有可能在故障后并没有脱离线路，而是继续向故障点输送电流，这样就会导致故障点持续电弧，最终导致自动重合闸失败。当主变故障，因检测到母线有压将会导致备自投失败。
4解决方案
4.1配网规划问题解决方案
为在配电网规划中获得正确的决策信息，必须对并网DG的影响做出准确评估，给出DG
的准确位置和最优规模，使其在电网的逐步渗透过程中不会破坏配电网整体运行的安全性和经济性。
4.2谐波问题解决方案
在分布式光伏并网前，应针对并网点进行电能质量检测。并对光伏所使用的并网逆变器进
行相关实验，结合并网点谐波情况统一考虑谐波治理方案。在光伏发电系统投运后，在适当位置加装电能质量在线检测装置。对于通过电力电子变流器并网的分布式光伏电源，脉宽调制（PWM)可以采用更高的开关频率，以减少低次谐波的发生量。大量实验证明，光伏发电工作在低功率区时会有较大的电流谐波。由于群控时各逆变器的直流侧并联，提高了直流侧的容量，相对于非群控的低功率状态，通过协调控制使得此时只有1台逆变器工作，可使此逆变器工作较高效率区，从而可以提高逆变器发电功率、降低谐波含量。补偿控制技术则是在逆变器中集成交流滤波器，主要为有源滤波技术，通过综合控制，实现输出有功/无功功率控制的同时，抵消产生的谐波分量。
4.3电压波动、闪变问题解决方案
由于DG既可以发出有功功率，也可以发出无功功率；SVC可以动态调节无功功率。因此，可以通过DG与SVC共同进行无功调节来改善电压质量。见图
为减轻光伏发电功率波动造成电压波动、闪变情况，应限制DG容量不应过大。同时可通过加强并网逆变器调节能力提高电压稳定性，通过380V电压等级并网的，逆变器应具备根据电网频率/电压值自动调节有功/无功输出的能力。通过10kV电压等级并网的分布式电源，应具备根据电网调度机构指令等信号调节有功/无功输出的能力。
4.4继电保护问题的解决方案
分布式光伏发电（DG)对继电保护的影响，与DG的容量大小及接入配电网的位置有关，并
入系统的DG容量不宜过大，在DG容量一定的情况下，并入线路末端时对保护的影响较小，在DG容量较大时，可以事先校验各极端情况下的电流保护定值以及灵敏度，必要时可以考虑为电流保护加设方向元件。因DG的并入会对自动重合闸造成故障点持续电弧及非同期合闸等隐患，所以应在DG侧装设低周、低压自动解列装置，重合闸动作前，将DG从故障线路中切除，同时为避免故障点持续电弧的影响，重合闸的动作时限应适当延长。
5结束语
本文在研究分布式光伏发电典型接线形式的基础上，简要分析了分布式光伏发电在谐波、电压波动、继电保护等几个方面存在的问题，并给出了参考性解决方案。
参考文献：
［1］丁明---分布式发电技术---2004
［2］王宝石---分布式光伏发电的应用及影响研究---2012
［3］许晓艳---分布式光伏发电对配电网电压的影响及电压越限的解决方案---2010
论文作者:黄承伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/8
标签：故障论文; 分布式论文; 谐波论文; 电流论文; 光伏论文; 电压论文; 配电网论文; 《基层建设》2017年第13期论文;