孙浩哲
宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏 750011
摘要：光伏太阳能作为一种可再生能源被各国高度关注，相关技术的研究在国内外已鳞次栉比。光伏发电的性能日臻成熟、成本日趋下降，为其广泛的大规模商业试运、推广提供了可行性。随着大规模的光伏发电站接入电网，配电网从单端辐射性网络逐渐向多端供电系统转变，将引起电网潮流分布的改变。故障状态下，配电网的短路电流方向、大小发生变化，从而对配电网原有保护产生影响。本文分析光伏发电站并网后对原有保护的保护范围、灵敏度、重合闸及备自投装置等产生的影响，并提出了相关的解决措施。
关键词：光伏发电站；接入系统；设计研究
引言
近年来，随着光伏发电设备成本的不断降低以及国家对光伏发电电价补贴政策的实施，越来越多的企业利用厂房屋顶、荒地、渔光互补等来投资建设光伏电站，并接入电力系统配电网。这样，随着光伏发电站投运的规模和数量日益增多，配电网逐渐从原来的单端辐射性网络向多端供电系统转变，这将引起电网潮流分布的改变。故障状态下，系统及光伏电站都会促使短路电流流向故障点，使短路电流大小发生变化，对配电网原有保护产生影响。因此，研究光伏电站接入配电网对保护产生的影响十分必要。
1大型光伏电站的并网原理
并网型光伏电站主要由光伏阵列（包括太阳能电池板、阵列单元支架）、光伏阵列防雷汇流箱、直流防雷配电柜、光伏并网逆变器、交流汇流箱、0.315/35kV升压系统（35/110kV升压系统）、电网接入系统等组成。太阳能电池阵列将太阳能转化为电能（直流电），并通过逆变器将直流电（DC）转变成交流电（AC），输出符合电网要求的电能，经汇流箱、配电柜与电网连接，原理示意如图1所示。
图1光伏并网发电系统示意图
2光伏发电站并网时对配电网保护的影响
2.1光伏电站对保护范围的影响
在未接入光伏电源时，当f2点故障，应由保护2动作切除故障；如果保护2拒动，由保护2的远后备保护保护1动作切除故障。在光伏电源接入配电网后，当f2点故障，流过保护2的故障电流会随着光伏并网容量的增大而增大，流过保护1的故障电流随着光伏电源的分流作用而小于未接光伏电源时的值。这样，当f2点故障时，由于光伏电源的助增或者分流作用，使得保护2的保护范围增大，而保护1的保护范围减小。当光伏电站处于系统电源与故障点之间时，光伏电站会对故障点提供短路电流，使得光伏电站之前的保护装置保护范围减小，而使光伏电站之后故障点之前的保护装置保护范围增大。
2.2对电网潮流的影响
对于传统的电力系统，配电线路的潮流是自高压侧到低压侧流动，线路中的有功潮流随着流经线路距离的增加而递减。当光伏发电接入35kV或lOkV电网后，在变电站主变低压侧加入了有功注入点，使得线路潮流会随着负荷及发电的不同情况而双向流动。当光伏电厂接入系统后，线路输送的有功功率有可能随着线路距离的增加而增加，这取决于光伏功率注入节点与负荷节点的分布关系。当光伏注入功率大于负荷节点的流出时，相关线路的潮流会逆转。考虑到光伏注入的功率受天气、天候情况的变化而造成的随机性，相应的电网潮流也会产生不可预测的变化[[34，35]，当光伏注入功率过大时会导致临近设备过载或过电压，同时带来原有电网的设置与光伏接入之间的不匹配，如：原有AVC控制调整策略失效无法有效调整电压，或主变有载开关、电容器等频繁投切。
2.3光伏电站对保护装置灵敏度的影响
当f4点发生短路故障时，光伏电源的接入降低了流过保护1的短路电流，使得保护1的灵敏度下降，有可能导致保护1拒动。当相邻线路f3点发生短路故障时，保护3感受到的故障电流由系统侧电源和光伏电站共同提供，使得保护3感受到的故障电流大于未接入光伏时的值，保护3的灵敏度将提高。同时，保护1也将感受到由光伏电源提供的反向故障电流，当并网的光伏电源容量足够大时，流过保护1的故障电流有可能超过保护定值，致使保护1误动作。因此，当光伏容量足够大时，保护1应加方向元件或调整定值，避免相邻线路故障时，保护1误动作。
2.4光伏电站对接入变电站备自投装置的影响
传统配电网一般为辐射形网络，变电站的低压侧35kV、10kV均为分列运行。当一路电源进线因故障断开以后，则需要利用备自投装置投入相应分段开关将负荷切换到备用电源上去，以便尽快恢复供电，提高供电可靠性。当光伏电站接入变电站的中、低压侧母线后，变电站的备自投装置启动时就有非同期合闸的问题，非同期合闸产生的冲击电流会对电网产生影响，对光伏发电站的发电设备造成损坏。因此，在光伏电站并网变电站中低压侧母线时，系统站的中低压分段备自投装置启动时应联切并网线路。
3光伏发电站未来的发展趋势
光伏太阳能作为一种可再生能源，近年来其发电技术己有了突飞猛进的发展，随着其发电成本的不断下降，光伏发电的大规模商业应用已经逐渐得到推广。然而光伏发电最终要接入到电网中，光伏发电站接入调度系统的方案目前仍处在初步应用阶段，其并网方式、保护配置等还处于探索阶段。由于光伏发电出力的不确定性对电网企业原有的调控运行模式带来了冲击，因此研究光伏发电如何接入电网调度系统具有十分重要的意义。随着大规模光伏技术的不断成熟，其商业化应用的规模将迅速扩大，今后将有越来越多的光伏电站接入电网调度系统，光伏能源比重的大大提高己是不可逆转的潮流，光伏对电力系统的影响将被更多地发掘。光伏接入系统后所造成的一系列问题将在光伏相关设备的不断完善和电网相应对策的日臻成熟之下逐渐得到解决。
结语
伏发电站并网后对继电保护的影响与光伏发电站的并网容量、并网点位置有关。为了消除这些影响，与并网光伏电站相关的系统保护需做出相应调整。例如，当光伏电站并网容量比较大足以影响并网线路保护装置时，需调整并网线路保护定值或加装方向判断来保证保护装置的正确动作；并网线路系统侧重合闸需采用检无压重合闸方式；光伏发电站并网系统变电站中低压侧母线时，系统站的中低压分段备自投装置动作时应联切光伏并网线路等。
参考文献：
［1］GB/T19964—2012.光伏发电站接入电力系统技术规定［S］.中国标准出版社，2016.
［2］GB/T29321—2012.光伏发电站无功补偿技术规范［S］.中国标准出版社，2015.
［3］李春鹏，张廷元，周封.太阳能光伏发电综述［J］.电工材料，2016，（3）：45-48.
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［5］赵平，严玉廷.并网光伏发电系统对电网影响的研究［J］.电气技术，2016，3：41-44.
论文作者:孙浩哲
论文发表刊物:《建筑模拟》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/8
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