分布式光伏电源接入配电网对馈线继电保护的影响探讨

分布式光伏电源接入配电网对馈线继电保护的影响探讨

王建飞夏佳

国网浙江杭州市萧山区供电公司杭州萧山311201

摘要：光伏太阳能具有清洁、安全、无污染且取之不尽之优点，被认为是二十一世纪最重要、最具活力的新型能源形式之一。随着光伏发电系统并网技术的深入研究和设备成本的不断降低，其在电力系统中的应用逐渐增加。当配电网中接有多个光伏电源时，使得原本单端的配电网现在变成了双端乃至多端的供电网络，这样使得配电网中的潮流分布发生变化，发生短路故障时引起继电保护的误动和拒动，对电网安全运行带来影响。本又通过对光伏电源在接入配电网时的电网结构变化，故障电流的大小和流向，来分析太阳能光伏电源接入配电网对馈线保护、重合闸带来的影响。

关键词：光伏电源；配电网；馈线继电保护

我们知道，煤、石油等化石能源是不可再生能源，地球上的化石燃料正在逐渐减少。随着经济和科技的发展，人类对化石燃料需求量在不断的增加，这一矛盾成为国内外共同面临的巨大难题和挑战。于是，开发利用如风能、太阳能及生物质能等可再生能源成为了缓解能源紧张的重要途径之一。在电力系统中，各种形式的可再生能源通过分布式发电接入电网，因分布式发电具有占地少、建设周期短、接近负荷中心和环保性高等特点而得到了快速发展。随着分布式发电技术的深入研究和设备成本的逐渐降低，分布式发电在电力系统中的应用逐渐增加。

分布式电源(DG)是指直接接在配电网或分布在负荷附近的中小型发电装置，能够经济、高效且可靠的发电，以满足用户需要或支持现存配电网的经济运行，发电规模一般不大，约有几十千瓦至几十兆瓦。在不同领域，DG有不同的分类方式，文献将DG分为以下几类：

1)风力发电。风力发电是把风的动能转化为机械能，再通过发电机把机械能转化为电能，最后并网运行。

2)通过并网逆变器并网的DG。光伏发电系统、燃料电池等发出直流或者高频交流的DG均需要通过逆变器与电网并网。

3)以励磁电压可调型同步发电机为核心的DG。柴油机、海洋能、地热能和生物质能发电系统等均属于此类型。

1.配电网结构和传统馈线保护配置

配电网是指由架空线路、电缆、配电变压器、开关、无功补偿电容和一些其他设施所组成，在电力网中起着重要的分配电能作用。配电网按照电压的等级来分类，可以分为高压配电网、中压配电网和低压配电网。如果按供电区的功能来分，又可将配电网分为城市配电网、农村配电网和工厂配电网等。而城市配电网一般都是指高压配电网。配电网一般都采用闭环设计和开环运行的方式，它的结构呈辐射状。

目前的配电网基本上都是“手拉手”环网结构，正常运行时，馈线处于单端电源供电，而馈线保护，都是以配电网系统和用户没有接入任何电源为基础设计的，其潮流从电源到用户单向流动，系统保护的设计通常在变电站线路处安装电流继电器，主馈线上装设自动重合闸装置，然而随着光伏电源在配电网的接入，潮流分布不再是单一的从变电站母线流向各负荷，从而改变了配电网系统的短路电流分布。

继电保护是电力系统的重要组织成部分，对保证电网安全稳定运行起着非常重要的作用，必须具备选择、速动、灵敏、可靠等特性。三段式电流保护是目前配电网馈线保护的一般配置。即瞬时电流、定时限电流和过电流三种速断保护。瞬时电流速断保护是指通过断定躲过馈线末端短路时流过保护的最大三相短路电流，及时对故障进行切除;定时限电流速断保护是与其相邻线共同配合进行保护;过流速断保护则是按照躲过馈线最大的负荷电流，同时与相邻馈线的过流保护特性进行配合进行保护，可以有效的保护相邻馈线的安全。对于架空的馈线，应该配置一个三相一次重合闸，这样就可以在馈线发生瞬时性故障时，及时恢复供电，提高供电可靠性。

2.光伏电源接入配电网对馈线继电保护的不利影响

近些年来，我国的光伏能源规模和容量都在迅速的扩大，也促使之前的单端配电网逐渐朝着多端方向发展，这种转变可能会引起电网内故障电流的强弱、方向以及时间发生改变，从而使得继电保护出现有误动或者是拒动现象。从这个角度上看，对于光伏电源接入配电网中，对馈线继电保护造成的影响研究是非常重要的，电力企业需要在保证获取光伏电源的积极效益的同时，最大化的降低其所造成的不良影响。

在国际电网公司采用的技术规范《国家电网公司光伏电站接入电网技术规定》中，指出了当检测到电网侧发生短路时，光伏电站向电网输出的短路电流应不大于额定电流的150%如果电网侧或者是馈线出现了任何形式的短路故障，都需要迅速的切除光伏电源光伏电站。在这种情况下，光伏电站的接入只会对馈线的电流速断保护造成影响。然而在实际的电网系统运行过程中，却更加的复杂化。当电网侧或馈线发生故障时，光伏电站的电源基本上都不能马上的跳离配电网。因此，我们应该想些其他方法来解决如何在光伏电源没有正常跳离配电网时，又能做到配电网的保护。我们需要利用公式计算出短路电流的大小和方向，进而分析在光伏电源的不同位置、不同流量接入对配电网馈线的保护和重合闸的影响。

2.1光伏电源对馈线电流保护的影响

例如如果将1MWp的并网电站通过一台1MVA升压变压器，将其升压为10KV，然后通过lOkV馈线接到110KV变电站的某个10KV馈线接入系统中。未接入光伏电源时，电流速断保护的速断方向以及低电压闭锁保护的控制字都是退出状态。当接入光伏电源后，有些馈线电流就会相应发生改变，同时产生的保护效果也会发生改变。当本线发生故障时，由于故障电流仅是由电网提供的，而与光伏电源无关，因此此时光伏电源的接入对馈线的保护是没有任何影响的。但当有的馈线发生故障时，由于光伏电源的存在，给电路提供了短路电流，从而降低了保护电阻的灵敏度。也有的馈线或电网发生故障时，又会由于光伏电源的存在而使得检测到的电阻的反向电流值小于速断电流保护的定值，从而引起误动。

2.2对馈线重合闸的影响

在根本上，大多数配电网所出现的故障现象都是瞬时性的问题。在这个角度上看，在配电网系统中采用重合闸能够有效地提升系统的稳定性，同时还能够降低电网系统维护的工作量。在单端供电的配电网结构下，对架空馈线都是用重合闸来实现瞬时故障的供电的，这样便可以很好的保护配电网的正常运行了。但随着光伏电源的引入，这个问题就不那么简单了。如果光伏电源与配电网之间的联络线在发生故障后跳开了，那么光伏电源就不会影响重合闸对配电网的保护作用。

但是在出现故障的时候，光伏电站电源如果并未及时的跳离馈线，则会同部分电网共同成为电力孤岛。而光伏电源在保证孤岛电源的条件下，会给重合闸造成巨大的安全隐患，直接影响到重合闸的正常功能运行，使得重合过程失败或者是导致非同时期的重合闸。

2.3对备用电源的影响

通常来说，主流电源在故障影响的情况断开时，一般需要自动利用备用电源供电，以不影响正常的供电工作。而光伏电源在使用中，要求快速高效自动投入备用电源，并满足同期合闸的要求，这样做的目的是为防止非同期合闸产生强大冲击电流，而破坏配电网和光伏电源设备。

3.结论

新技术是一把双刃剑，我们将光伏电源接入配电网后，确实为我们节省了一些化石能源，解决了部分场景的供电问题。但同时光伏电源对馈线继电保护的影响也是不容忽视的，它的影响大小与电源的容量、接入电源的位置和很多方面都有关系。本文通过分析光伏电源的接入对现有传统配电网的影响，旨在帮助以后的设计者和建设者能够运用自身的智慧进一步的完善馈线的继电保护工作。

参考文献

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