罗星翘
（广东电网有限责任公司清远清城供电局 511500）
摘要：近年来，随着科技的发展，我国新能源的应用越来越多。在此次研究中，主要的研究对象是光伏电源接入配电网，借助等效思想理论，重点阐述光伏电源并网在配电系统机电保护方面产生的影响。在Ma/Si中合理创建光伏并网系统与配电网模型，在实际仿真的基础上发现，配电系统的电源侧与光伏电源所在馈线上游发生短路的情况下，对于配电网继电保护装置并不会产生负面影响。但是，如果光伏电源所在馈线的下游发生短路故障，则会使上游短路电流受到不同程度的影响。这样一来，短路电流就会不断减小，而且继电保护出现拒动作情况，下游短路电流会增加，使得继电器保护发出误动作。
关键词：新能源并网；配电系统；继电保护；影响
引言
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141GW。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。
1如何构建光伏系统模型
1.1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。
1.2光伏系统并网对配电网继电保护影响理论分析
由于三相短路故障对配电网影响最大，因此以系统在最大运行方式下发生三相短路为例，将光伏系统等效为电压源加阻抗的形式，选取图2所示的典型配电网模型作为研究对象，对不同容量光伏电源接入时对配电网短路电流的影响进行推导，以此分析光伏电源对配电网继电保护的影响。其中，S为系统电源，系统电压为Es，系统阻抗为Xs，PV为光伏电源，光伏电源电压为Epv，阻抗为Xpv，忽略输电线路电阻，线路AB、BC、CD、AE的电抗分别为X1、X2、X3、X4，假设系统电压与光伏电源电压相等，即Es=Epv=E，光伏电源阻抗在标准单位制下可用光伏容量表示为Xpv=1/Spv，下面分析配电网不同位置发生三相短路故障时流经各保护的短路电流。
图2 含光伏电源的配电网等值模型
1.2.1K1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。
1.2.2K3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。
1.2.3K4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。
2光伏电站并网发电对配电电网继电保护的影响
目前，配电电网的继电保护配置大多以电流速断和过流延时保护为主，鉴于配电线路故障多为瞬时故障的特点，与之配套装有重合闸装置，使得线路供电的可靠性得以相应的提高。当光伏电站并入电网后，在配电网络侧发生故障时，如若并网的光伏电站未能及时与系统解列，并网的光伏电站则会向故障点提供短路电流，因此，会对配电网络的相关保护产生影响。保护装置安装在光伏电站并入点与系统之间时，故障点也发生在此区域，流过保护装置的电流会大幅增加，提高了电流保护的灵敏度；而当故障点接近光伏电站并入点时，影响最大，甚至可能超过电流速断保护整定值而发生保护误动；故障点发生在光伏电站并入点与系统之后时，同样流过保护装置的电流会大幅增加，提高了电流保护的灵敏度，而且保护装置的安装位置距离光伏电站并入点越近，这种影响就越大。保护装置安装在光伏电站并入点与系统之后时，故障点发生在光伏电站并入点与系统之间，或故障点发生在光伏电站并入点与系统之后保护安装位置之前时，流过保护装置的电流不会增加，对电流保护没有影响；故障点发生在光伏电站并入点与保护安装位置之后时，流过保护装置的电流会大幅增加，提高了电流保护的灵敏度，而且保护装置的安装位置距离光伏电站并入点越近，这种影响就越大，如果此时的线路为非网络终端，则下一级线路发生故障时可能会造成此电流保护失去选择性，因此应进行保护的重新整定计算。随着光伏电站容量的从小到大，对光伏电站并入点与系统之间的短路电流会逐步减少，对此段的保护影响减少；而对并入点后部的保护装置提供的短路电流会逐步增大，加大了电流速断保护的保护范围，当光伏电站的容量增加达到一定数值，可以使得电流速断保护范围延伸到下一段线路而发生误动作，因此应该重新进行保护定值计算，提高灵敏度，防止保护误动。在光伏电站并入电网后，配电网络保护动作跳闸，若光伏电站未与系统解列，就形成了只有光伏电站供电的孤岛运行方式。此方式下光伏电站虽然可以运行，但其电压、功率等参数已发生了变化，此时进行跳闸线路的重合闸则很容易发生非同期合闸，在光伏电站和系统电源之间产生较大的冲击电流或电压，致使保护装置误动，从而失去了重合闸装置提高供电可靠性的重要作用；当配电网络因故障而失去系统电源时，未从系统解列的光伏电站会继续向故障点提供电流阻碍了故障点电弧的熄灭，此时进行重合闸，引起故障点持续电弧，可能导致原本的瞬时故障变为永久性故障。
结语
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:罗星翘
论文发表刊物:《河南电力》2018年15期
论文发表时间:2019/1/22
标签：光伏论文; 电流论文; 系统论文; 电站论文; 故障论文; 电源论文; 发生论文; 《河南电力》2018年15期论文;