摘要：随着环境和能源问题日益严重，新能源发电技术广泛发展，光伏并网发电便是最热门的一种，目前，我国的光伏产业规模持续扩大，行业发展总体趋好，伴随着我国光伏行业的进一步发展，预计未来几年，光伏行业市场容量将呈现出逐年增长态势。据预测，到2022年我国光伏累计装机容量将达141 G W[1]。光伏系统并网已经成为太阳能资源开发利用的主流趋势，但是光伏发电系统的输出功率受温度、光照等环境因素影响，光伏系统并网后必定会给配电网造成一系列影响，其中最重要的就是对配电网继电保护产生的影响，光伏发电系统的并网改变了原配电系统的拓扑结构和潮流分布，可能改变短路电流的大小及流向，导致原有系统的保护失去作用
关键词：新能源并网；配电系统；继电保护；影响；分析
1新能源并网对配电系统继电保护影响研究背景
根据科学合理的预测，我国光伏累计的装机容量在2022年能够达到141GW。值得注意的是，在运用光伏发电系统的过程中，实际的输出功率会被光照与温度等诸多环境因素影响，所以在实现光伏系统并网以后，也一定会影响到配电网的运行。基于光伏发电系统并网的发展，既有配电系统内部的拓扑结构与潮流分布情况也随之发生了变化，而且短路电流大小与流向也很容易改变，使得既有系统保护作用无法发挥出来。为此，在以下研究中，将某区域光伏电站接入10kV配电网作为重点研究实例，并深入探讨光伏电站并网对系统继电保护情况产生的影响。并借助Ma/Si软件构建光伏并网发电系统仿真模型，对理论正确性做出必要的验证。
2如何构建光伏系统模型
2.1光伏并网系统模型的创建
直流变换器、光伏阵列与逆变器、最大功率点跟踪器等都是组成光伏发电系统的主要部分。其中，光伏阵列的构成主要是串并联若干光伏电池组件，借助光生伏特效应，可以使太阳能向电能有效转换。为确保太阳能资源得以充分利用，可以通过MPPT对光伏阵列进行合理地控制，使其处于最大功率点的位置。对于直流变换器而言，在实际应用的过程中，可以确保光伏电池在阵列输出方面，其电压能够和逆变器的直流侧电压需求保持一致。除此之外，光伏发电系统实际运行中，逆变器的核心作用也不容小觑。其中，可以将直流电有效地转化为三相交流电，实现接入电网的目标。除此之外，控制器的作用则是时刻跟踪电网的电压和电流等相关信息，并有效控制逆变器输出，输出形式为单位功率因数。
2.2理论层面研究
在配电网实际运行的过程中，三相短路故障带来的影响较大。在这种情况下，若系统处于最大运行状态而存在三相短路，就要借助电压源与阻抗的形式，对光伏系统进行替换，科学合理地利用配电网模型，有效地推导容量不同的光伏电源接入状态下配电网短路电流影响程度，进而对光伏电源影响配电网继电保护的程度做出系统化分析。图1是配电网模型示意图，根据图中的内容可以发现：
图1
系统电源以S表示，Es则代表系统电压，光伏电源的表示方式是PV，阻抗是Xpv，而系统阻抗则用Xs表示，Epv代表了光伏电源的电压。将输电线路电阻忽略，即可将线路电抗分别用表示出来。若配电系统的电压与光伏电源电压相同的情况，光伏电源阻抗同样是标准单位制条件下，即可将光伏容量表示成，以下将针对配电网中各位置三相短路故障状态下流程各个保护的短路电流展开分析。第一，K1位置故障。若配电系统的电源侧K1出现短路故障，那么其保护动作就会出现跳闸的情况，并在整定重合闸的时间基础上，重合闸的动作合闸会发生非同期合闸的情况。在这种情况下，要想有效地规避非同期合闸破坏并冲击电网，就要在短时间内分离光伏电源和以及配电网。在这种情况下，配电系统的短路电流不会受到任何干扰，且继电保护也不会受到不良影响。
第二，K2位置故障。经过保护1短路电流的表达公式是：
。根据此公式发现，I1仅和系统、线路参数之间存在
联系。所以，保护1并不会受光伏电源的相关性干扰。最主要的原因就是光伏系统具备反孤岛保护，在K2出现故障的情况下，保护2与3都不会通过短路电流。第三，K3位置故障。伴随Spv的不断增加，保护1与2的短路电流会随之下降，所以保护2难以被线路CD远后备保护。而在Spv增加的同时，保护3短路电流也会提高，很容易出现保护3短路电流超过保护3段电流保护整定值的情况，这样一来，系统内保护3所发生作用的范围即可得到扩大，并出现误动作的情况。第四，K4位置故障。伴随Spv的不断增加，保护1和2的短路电流会不断提高，导致保护2短路电流超过其I段电流保护的整定数值，致使保护2发生误动作。伴随Spv的不断增加，保护4的短路电流也会随之增加。在这种情况下，系统内的保护4所存在的短路电流会比I段电流保护的整定数值要大，对保护4所能够保护范围的扩大产生了不利影响，最终诱发保护发生误动作。
3仿真分析光伏系统并网对配电网继电保护的影响
3.1仿真模型的创建
结合某区域光伏电站与10kV配电网接入，将实际参数作为参考，借助Ma/Si软件完成仿真模型的创建。在此仿真模型中，配电系统的额定电压是10.5kV。在仿真模型处于最大运行状态下，系统实际的阻抗为0.09欧姆。与此同时，配电网内部的各馈线负荷都是4MVA。而架空线路的型号与参数则设定成。AB段、BC段与AE段都是架空线路，但前两者长度均是3千米，后者长度是5千米。而CD段则是电缆线路，长度为3千米。
3.2仿真验证
将光伏电源的母线C与配电系统接入配电系统，三相短路故障为K2、K3，根据各个保护短路电流对之前理论做出验证。第一，K2故障。与配电网接入的光伏电源容量是0MW、1MW、2MW、3MW，并且在0.5s时，K2位置发生三相短路，具体的故障时间达到了0.2s。在这种情况下，能够对光伏电源容量存在差异的并网保护1短路电流进行获取。根据仿真结果，若光伏电源的容量存在差异，必然会对电流运行的效果产生影响，但如果是存在故障的短路电流，则不会受到任何干扰。第二，K3故障。与配电网接入的光伏电源容量是0MW、1MW、2MW、3MW，并且在0.5秒的情况下，K3出现了三相短路，故障的时间是0.2秒。此时即可获取不同光伏电源容量在并网状态下的保护2与保护3短路电流。根据仿真结果，在K3存在三相短路故障的时候，伴随Spv的不断增加，保护2的短路电流也会随之下降，使得保护2短路电流超过其Ⅲ段电流保护的整定数值，致使保护2不发生动作。但保护3短路电流会不断增加，且保护3短路电流超过其Ⅰ段电流保护的整定数值，进而出现保护3的误动作。
结束语
综上所述，根据以上研究分析与仿真验证发现，在配电系统电源侧或者是光伏电源所在馈线上游发生短路问题的情况下，并不会对电网内部继电保护装置的运行效果产生不利的影响。但需要注意的是，若所在馈线下游发生短路问题，上游短路电流量就会随之降低，导致继电保护出现拒动作的情况。在实践过程中，如果下游短路的电流不断增加，那么继电保护也很容易出现误动作的问题。
参考文献
[1]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.
[2]孙文文,刘纯,何国庆等.基于长时间序列仿真的分布式新能源发电优化规划[J].电网技术,2015(2):457-463.
论文作者:马晓勇,李耀岭
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：光伏论文; 电流论文; 系统论文; 电源论文; 故障论文; 配电网论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第24期论文;