浅谈光伏发电系统并网对距离保护的影响

张子杰等

摘 要：随着能源和环境问题越来越突出，光伏发电作为一种战略性新兴产业，得到了快速发展。由于光伏发电的成本不断降低，并网型光伏系统逐步成为光伏产业的主流。为了保证电网安全稳定运行，文章分析了光伏发电系统（Photovoltaic power system，简称PV系统）并网对电网原有的距离保护的影响。

关键词：光伏发电；距离保护；影响

引言

在可利用资源日益紧张的今天，太阳能作为一种无污染、可再生的能源在全球被人们大范围的加以利用。许多国家已经开展并实施对光伏电源系统的研究及建设，从设计研究、设备研发及制造以及施工实施等一系列流程上都取得了一定的成果，但光伏电源系统投运后对电网的影响研究尚不够成熟，还需加强研究的力度。光伏电源系统接入单电源变电站使原有的单电源网络变成了至少双电源网络，使原来的中、低压继电保护不能满足改变后电网运行的要求，文章主要阐述目前光伏发电系统并网后对原电网系统距离保护的影响。

1 光伏系统对电网的影响

（1）光伏发电系统出力具有波动性和间歇性，另外光伏发电系统通过逆变器将太阳能电池方阵输出的直流转换成交流供负荷使用，含有大量的电力电子设备，将会产生谐波、导致电压偏差，电压波动和闪变、电压不平衡和直流分量等电能质量问题。接入配电网会对电网的电能质量产生一定的影响。（2）目前光伏发电系统一般接入110kV以下配电网中，且它在电网低电压等级。若电网110kV电压等级发生故障时，光伏电源系统向110kV系统反向供电，故障点的电流及电压会产生一定的影响，短路电流同时由系统电网及光伏电源提供。当光伏电源容量较大时，其负荷电流不断流向故障点，达到保护的整定值时会使保护出口误动或拒动；当光伏容量较小时，短路点的故障电流主要由系统电网提供，光伏系统提供的短路电流相对较小，对110kV保护的影响也较小，甚至无影响。当光伏电源系统下一级电压等级故障时，其下级的速断保护灵敏度和保护范围会随着电流的增加而变大，保护范围延伸至下一级，严重影响保护装置的选择性。综上所述，PV系统的容量大小、接入电压等级及故障点的不同直接或间接影响着继电保护装置的可靠性、选择性、速动性及灵敏性四大因素。

2 光伏系统对电网距离保护的影响

目前电流速断保护、过电流保护等普遍应用于35kV及以下电压等级的简单电网系统中，随着电压等级的升高，电网越加复杂，选择更加完善可靠的继电保护装置就成为重中之重，距离保护就是其中的一种。它普遍应用在66kV及以上、110kV及以下的电压等级中，并将其作为输电线路的主保护。

距离保护是反映故障点至保护安装点之间的距离（或阻抗），并根据距离的远近而确定动作时间的一种保护装置，距离保护具有三段式阶梯特性，分别为距离Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保护。

当系统电源馈线侧发生故障时，流入短路点的故障电流是由系统电源和未解列的PV系统共同提供。故障点的短路电流值会变大，增加的电流大小取决于光伏电源系统的容量大小。因此，PV系统的并网有可能促使原系统距离保护误动或拒动，主要如下：（1）距离保护Ⅰ段对应于瞬时电流速断保护，瞬时动作，为保证动作的选择性，距离保护Ⅰ段不可能保护线路的全长，一般仅对线路全长的80%～85%进行保护。系统运行方式的变化不会影响到它的测量阻抗，运行方式的变化，使得保护装置检测到的电压和电流以正向线性方式变化，线路阻抗基本保持不变，基本不会影响距离Ⅰ段保护。（2）距离保护Ⅱ段用以弥补保护Ⅰ段的不足，尽快切除本线路末端15%～20%范围间的故障，其保护范围可延伸至下一段线路，其动作时间比下一线路距离Ⅰ段高出一个时限，其定值按照躲过相邻线路速动段保护来整定。以图1所示，某一光伏电源系统接入110kV变电站A的10kV电压等级，110kV变电站A以110kV线路连接110kV变电站B，110kV线路均配置距离保护。当110kV变电站A的其他10kV线路K1点发生故障时，电网系统与PV系统会同时向K1故障点注入短路电流，由于PV系统的分流作用会减小110kV线路距离保护处（保护1）的故障电流，致使110kV线路距离Ⅱ段保护测量阻抗变大，保护范围变小，同时可能降低保护的灵敏性和速动性，最终导致保护装置的拒动或误动。此时需要根据光伏系统的容量、接入方式重新整定保护定值，并做相应的试验以保证保护装置的安全可靠运行。若整定调试后仍无法满足要求，则需考虑更换保护，重新配置光纤电流差动保护。（3）距离保护Ⅲ段是作为本线路距离Ⅰ、Ⅱ段保护的近后备、相邻下一级线路保护的远后备和反向母线保护的后备保护，动作时限比其他各保护最大动作时限高出一个时限，以保证选择性。其定值按照与相邻下级线路距离保护Ⅱ或Ⅲ段配合整定。当在K1点发生故障时，此时110kV线路保护处（保护1）距离Ⅲ段保护检测到的阻抗可能会减小，甚至小于距离Ⅲ段保护启动的门槛值，但由于距离段Ⅲ保护的动作时限一般较长，需要和下级线路距离保护Ⅱ或Ⅲ段配合，远远长于PV系统的失稳时间。因此，它能够躲开PV系统提供的短路电流干扰，避免受到影响。

3 结束语

在全球能源形势紧张、全球气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在实施以寻求新的能源替代的战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。光伏发电作为一种新型可持续发展的能源，对节能与环保意义重大。随着光伏发电的不断发展，在并网后保证电网与光伏发电系统安全、可靠的运行成为最关键的问题。但光伏发电系统对电网系统的影响还有待深入研究，并完善相关保护配置的方案。在此倡议各界加大光伏发电大规模并网相关问题研究的力度，充分发挥可再生、清洁能源的优势，实现电网与光伏发电系统的可持续健康发展。

参考文献

[1]张保会，尹项根.电力系统继电保护（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2]张泽云，黄家栋，段晓波.光伏发电系统并网时对配电网保护的影响[J]，河北电力技术，2010，6.

[3]何明.光伏发电建模及对配电网保护影响分析[D].天津大学，2011，12.

作者简介：张子杰（1984-），男，工程师，主要从事电力系统继电保护、电气二次和调度自动化方面的设计工作。