光伏接入对配电网电流保护的影响分析

陕西渭南市瑞泉中学 张镇航

光伏接入对配电网电流保护的影响分析

陕西渭南市瑞泉中学 张镇航

本文介绍了我国传统配电网三段式电流保护的整定原则及计算，在此基础上针对光伏系统接入配电网位置的不同，详细分析了其对三段式电流保护的影响，同时给出光伏并网后的继电保护改进措施。

光伏并网；三段式电流保护；影响分析

一、引言

近些年来，在环境问题和能源问题的双重压力下，世界各地纷纷转向可再生清洁能源的开发利用，我国也在努力推出许多有关光伏发电产业的优惠政策。光伏发电因拥有节约能源损耗和提高输出效率的能力所被人看重，然而光伏并网也会给配电网带来多方面影响。当光伏接入配电网后，会改变原有配电网的结构，使原来简单的单电源辐射结构变为复杂的多电源网络[1]。当配电网上游有短路故障发生时，配电网上短路故障电流的大小和方向将会因为光伏接入而发生变化，使得继电保护难以继续正确可靠地保护线路，继而影响配电网保护性能。例如因为灵敏度降低、保护范围减小而发生拒动或因为保护范围增大导致误动问题等出现。

目前来看，国外由于科技较发达、实验室设备更为先进，他们对光伏发电技术的研究也更为深入，但很多国外文献关于光伏系统并网保护的影响大部分都是基于中性点直接接地系统来分析，而我国由于国情不同，所以不能照搬国外文献的分析方案。我国传统配电网一般采用三段式电流保护，尤其是在中低压配电网中应用广泛，这类保护安装灵活，保护方案简单，从经济角度和实用角度来看都非常不错。因此本文对光伏并网后的配电网电流保护进行详细的影响分析研究，并提出相应的改进办法来使继电保护在光伏并网的配电网中不发生过大变动的基础上依然可以可靠动作。

二、传统配电网三段式电流保护整定及原则

图1 单电源配电网结构图

1.电流速断保护

电流速断保护是指当线路上短路电流值大于保护整定值能瞬间反应动作的保护，也叫电流I段保护。为保证电流速断保护的选择性，设置一个使电流速断保护发生动作的最小电流，即为整定电流Iset。将Iset设定为大于下一出口的最大短路电流，这样就可以从根本上避免了电流速断保护在下一区间出口短路发生误动的情况。

由上述可知，保护R2的整定电流为：

考虑到非周期分量，短路故障电流带来的误差，动作保护存在延迟等的影响，因此要引入可靠系数，，此时，

电流速断保护的优势在于可以快速反应故障，进行动作，且安装便捷，经济性良好，缺陷在于保护范围容易因系统运行方式变化而产生大幅度变动，也因此保护范围不能延伸到线路末端。

2.限时电流速断保护

电流速断保护虽然具有选择性，却因无法区分末端短路电流致使无法保护线路全长，因此需要增加一段带时限的保护，隔离同一线路上电流速断保护范围外的故障发生点，同时也可以成为电流速断保护的后备保护[2]。

限时电流速断保护必须满足能够保护自身所在全部线路，而且不会先于下一级的电流速断保护动作，从而保证继电保护装置动作的选择性。限时电流速断保护的保护范围不应超过下级线路的电流速断保护的保护范围，以图中保护R2为例，可以得到其Ⅱ段整定值为：

因为在实际连接中肯定会存在误差，使得保护范围与计算值不同，就可能导致保护装置R2的Ⅱ段电流速断保护发生误动，故而引入可靠系数=1.1～1.2：

由于限时电流速断保护要比下级线路的电流速断保护反应动作慢，因此需要给限时电流速断保护在电流速断保护的基础上增加一个时限，即：

电流保护Ⅰ、Ⅱ段相互配合可以让保护在0.5s内快速切除故障，因此他们也常一起被称为线路的主保护。

3.定时限过电流保护

当线路上的短路电流值超过最大负荷电流值时，此时过电流保护启动，所以启动电流值须大于本线路的最大负荷电流，同时也要考虑到保护能够在切除故障后可以正常回归。过电流保护一般是作为下级线路电流保护拒动时才启动的远后备保护，当本线路电流保护拒动时，也可以作为本线路的近后备保护。由此可得公式：

应继电保护选择性的要求，保护2的过电流保护应在保护1线路的主保护和近后备保护（保护1的过电流保护）都不动作后才可以发挥作用，因此保护2的动作时限应该比保护1高出一个时限，即：

三、光伏并网对配电网电流保护影响分析

光伏电源并入配电网后，会对电流保护造成影响，使电流保护的灵敏度和保护范围都发生变化。故障发生点、光伏接入位置、线路保护间的位置不同，对电流保护造成的影响也有很大差异。本节将按PV接入配电网的位置分类具体讨论其对电流保护造成的影响，以下各处发生的短路故障都默认为三相短路故障。

图2 含光伏接入的配电网断路故障结构图

1.PV接入配电网馈线终端（PV接入E母线）

（1）故障位于本线路

当K1处发生故障时，本应该断路器QF1跳开保护本线路，但光伏接入后，短路点的故障电流由电网和pv共同提供，保护装置QF2、QF3流过反向故障电流，由于其无方向判断功能，当PV提供的短路电流大到超过保护整定值时，会导致QF2、QF3误动。PV容量越大，到故障发生点出短路阻抗越小，影响越明显。

（2）故障位于相邻馈线

当K3处发生故障，本应该由断路器QF4跳开，但同样由于光伏的接入导致保护装置QF1、QF2、QF3流过反向故障电流，电流较大时可能会导致这3个保住装置误动，失去选择性。由传统电流三段式保护整定原则可知，QF3的起动电流最小，因此断路器QF3最有可能误动。同时，流过QF4的故障电流为PV与电网电源叠加提供的，致使其感受的电流增大，可能会使其保护范围扩大，延伸至下一线路，与QF5失去配合。

2.PV接入配电网馈线中部（PV接入C母线）

当K1发生故障时，QF1应切除故障，因QF1对策没有保护装置，所以切除的实际线路为本线路后续全部，如此，当PV接入在母线C时，则非常可能致使切除后续线路变为孤岛运行，光伏电源持续给故障点K1提供短路电流。因光伏系统自身设有保护系统，最终将为防止损坏设备而退出电网。因此，需要在AC段断路器QF1对侧加装保护装置和方向元件。

当K2发生故障时，对于保护装置QF1来讲，由于PV的接入将使流过其电流减小，产生汲取作用，使得保护QF1的灵敏度下降，保护范围缩短，严重情况下，将有可能拒动。对于保护装置QF2来讲，其感受到的电流来自电网电源与光伏电源的电流叠加，PV起到助增作用，致使其灵敏度增大，保护范围延长。如果延伸到DE段则将与QF3失去配合，无法保证选择性。

当K3发生故障时，分析同1），非常有可能导致QF1误动，QF4保护范围扩大。

3.PV接入配电网始端（PV接入A母线）

当PV接入馈线始端时，相当于增加了系统的容量，虽然故障时各线路上保护装置感受到的短路电流增加了，但是因为PV的容量和配电网相比还是比较小的，故而其对保护的影响很小，此处不做讨论。

需要注意的是，如果要分析多个PV同时接入对保护的影响，只需要按上述思路分别分析，最后的叠加情况要综合考虑PV的容量、接入距离、等值阻抗等因素。由上述分析可知，在光伏电源并入配电网时，原有的保护可能不再满足原有继电保护装置“四性”要求，保护整定值需要根据情况进行调整，原有配电网继电保护的设置方法也需要改进。

四、总结

本文通过对传统配电网三段式电流保护整定原则及计算的仔细研究基础上，详细分析了光伏接入配电网不同位置时对电流三段式保护的影响，可知光伏系统在接入配电网后对继电保护动作的可靠性和选择性都产生了不可忽视的影响，并提出了相应的改进措施：

1.当光伏系统接在保护上游时，故障发生在保护装置下游，此时光伏电源对故障电流起到助增作用，增加了流过保护的短路电流，扩大了灵敏度和保护范围，为了保证保护装置选择性此时需对其整定值从新进行计算，使继电保护可以可靠动作。

2.当光伏系统处在保护装置的下游时，而故障点在光伏系统下游时，此时光伏系统起到汲取作用，减小了流过保护的短路电流，减小了灵敏度和保护范围，为了保证继电装置的选择性此时需对其整定值从新进行计算。

3.当光伏系统同时在保护与故障点下游时，可认为对电流保护没有影响。

4.当相邻馈线发生故障时，来自光伏系统提供的反向电流将会经过上游护装置，如果这个反向电流足够大，那么保护装置将会发生误动作，因此在上游的电流保护应该添加方向电流元件。

[1]赵拥华．分布式新能源接入配电网的继电保护研究[D]．华北电力大学,2014．

[2]李晓晖．分布式电源对配电网继电保护影响的研究[D]．华北电力大学(北京),2011．

[3]祁欢欢,荆平,戴朝波,赵波．分布式电源对配电网保护的影响及保护配置分析[J]．智能电网,2015,(01)：8-16．

[4]王树东,钱其三．分布式电源对配电网保护的影响分析及改进方案[J]．重庆理工大学学报(自然科学),2014,(01)：87-90．

[5]王树东,钱其三．分布式电源对配电网保护的影响分析及改进方案[J]．重庆理工大学学报(自然科学),2014,(01)：87-90．

张镇航，男，陕西渭南人，现就读于陕西渭南市瑞泉中学高中，研究方向：电力系统继电保护。