智能配电网分布式光伏电源并网保护技术研究

饶鑫　吴祉娴　刘涛

摘 要：随着电力行业发展水平的不断提升，新能源不断被接入且在各个地区得到有效应用。基于此，文章就智能配电网分布式光伏电源并网保护技术进行研究，首先从实际案例出发，就分布式光伏电源在智能配电网中的应用价值进行分析，然后从故障分析和保护分析两个角度探讨分布式光伏电源对电流保护的影响，最后就运行方式、距离保护、继电保护和分布式发电单元保护的技术方案给予说明。

关键词：智能配电网；分布式；光伏电源；并网保护

中图分类号：TM615 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）35-0152-02

Abstract： With the development of the electric power industry， new energy sources have been connected and applied effectively in various regions. Based on this， this paper studies the protection technology of distributed photovoltaic power in smart distribution network. Firstly， the application value of distributed photovoltaic power in smart distribution network is analyzed from the actual case. Then， the influence of distributed photovoltaic generation on current protection is discussed from two aspects of fault analysis and protection analysis. Finally， the technical scheme of operation mode， distance protection， relay protection and distributed generation unit protection are explained.

Keywords： smart distribution network； distributed； photovoltaic power supply； grid-connected protection

引言

當前新能源的开发和应用已经成为社会各行业创新发展的重要课题，而电力行业的分布式光伏发电技术也得到极大发展。从实践应用来看，光伏发电具有很大优势，不仅能够保护生态环境、缓解资源消耗，还能够使电力系统的建设更加灵活。如今分布式光伏电源大量并入智能配电网，使电力网络的部分安全自动装置受到影响，因此有必要对并网保护技术进行研究，从而提高光伏发电的应用水平。

1 智能配电网分布式光伏电源的应用价值

1.1 案例分析

本文选择的建设案例位于我国西北某地区，该地区具有优质的太阳辐射资源，每年平均的日照小时能够达到2000以上，而每年平均的辐射量则超过5000MJ，因此极利于光伏发电技术的应用。为了保障该区域的用电安全及供电质量，国家投入资金建立光伏并网实验示范基地，以166兆瓦总装机容量的电站为区域供电。从实践应用中可以看到，并入智能配电网的分布式光伏电源能够有效缓解因传统供电造成的环境压力，避免资源的大量消耗，同时保障区域内的供电质量，因此具有极大的发展前景。随着光伏发电技术的不断成熟，分布式光伏电源不仅能够在边远郊区供电，还能够有效应用在城市建筑中，并且以10kV电压并网接入110kV的变电站，使光伏发电技术的实用性大大提升，这不仅使城市公共电网的应用压力大大缓解，还能够促进电力行业获得健康可持续发展。

1.2 中低压配电网保护

就当前分布式光伏电源在智能配电网的应用来看，虽然取得光伏厂房、光伏大厦等建设成就，但是大容量光伏电源的并入仍然对智能配电网的运行带来一定的影响，例如使潮流分布变得更加复杂、使输出功率变得更加不稳定、产生谐波污染现象、造成电压波动等，从而使电力计量受到极大影响，而且制约电力系统的安全平稳运行。以10kV中低压配电网保护为例，现阶段我国中低压配电网主要有以下几种类型构成，分别是不接地单侧电源、辐射型供电模式、手拉手式运行模式、环网运行模式等，这些类型均属于分段模式，因此会采用三段式电流保护作为保护措施，而且在配电网的断路器部分装置继电保护装置，在主馈线部分装置重合闸保护装置，在分馈线部分装置断路器保护装置。虽然三段式电流保护能够切除一般故障，但是无法应用分布式光伏电源并入智能配电网后的情况，因此必须对有效的并网保护方案进行详细分析。

2 智能配电网分布式光伏电源并网保护技术方案

2.1 故障分析

已知三段式电流保护的范围如图2所示。当分布式光伏电源并入智能配电网后，传统的三段式电流保护会受到以下几种影响：

（1）分布式发电单元上游故障

当分布式发电单元的上游出现故障时，K1会出现短路现象，而处于另一条馈线部分的R3会得到保护，但是分布式发电单元的存在对R3的保护动作并没有直接影响。在分布式发电单元短路故障后，系统S与分布式发电单元的关系就会变成并联形式，因此线路会出现分流情况，使R1对电流的灵敏度严重下降，从而造成保护装置拒动现象，使电路故障无法得到有效隔离。

（2）分布式发电单元下游故障

当分布式发电单元的下游出现故障时，K2会出现短路故障，而处于另一条馈线部分的R3会得到保护，但是分布式发电单元的存在对R3的保护动作并没有直接影响。在下游故障发生后，系统S与分布式发电单元之间的关系会变得更加一致，并且共同为R2提供短路电流，使R2得到有效保护，因此分布式发电单元会使得R2接收到的电流变大，从而使线路故障得到及时切除。

（3）其他部分故障

其他部分的故障主要指的是同一母线的其他馈线故障，即K3发生短路现象，这时R2的位置与其他馈线部位不同，因此分布式发电单元的存在对R2的保护动作并没有直接影响。当短路故障发生以后，系统S与分布式发电单元之间的关系会变得更加一致，从而为R3提供大量短路电流，使R3得到有效保护，这时R3的灵敏度会增强，能够及时切除线路故障。但是R1只能依靠分布式发电单元提供故障电流，因此可能出现误动现象。

2.2 保护分析

分布式发电单元在并入智能配电网后会出现以下几种保护情况，分别是距离保护、纵联差动保护和线路重合闸保护。就距离保护来看，系统S和分布式发电单元会同时对故障点提供电流，从而使阻抗的测量值发生一定的变化，使得距离保护的灵敏度及动作范围发生相应的变化；就纵联差动保护来看，当线路出现故障后，故障点会得到分布式发电单元提供的大量电流，因此该部分的电流值会显著提升，但是检测装置只能接收到故障点的电流，因此导致保护装置出现拒动现象；就线路重合闸保护来看，分布式发电单元无法与智能电网同步，因此会出现非同期合闸现象。

2.3 技术方案

（1）运行方式

对运行方式进行改进时，主要可以制定以下几种技术方案：其一，切源方案。如果线路出现故障时，可以先将所有的分布式发电单元断开，然后采取常用的保护措施维护电力系统的正常运行，但是当故障发生在分布式发电单元部分，就应该使分布式发电单元及时跳离智能配电网。这一保护动作需要与重合闸动作互相配合，一般需要在重合闸动作发生前完成；其二，孤岛方案。当出现线路故障后，分布式发电单元独立承担供电作用，将智能配电網划分为若干个孤岛，从而对故障的范围给予有效控制。在这种技术方案下，要移除原本的线路保护装置，对整个保护系统进行重新规划。

（2）距离保护

在对距离保护的技术方案进行改进时，可以对距离继电器进行有效应用。这种保护装置具有四边形特性，能够对微机线路给予有效保护。在实践应用过程中，距离继电器可以对距离和方向给予精确测量，并且使整定电阻分量和整定三段式电抗定值得到详细要求，以此达到距离保护的目的。

（3）继电保护

在对继电保护的技术方案进行改进时，主要采用以下几种途径：其一，继电保护逻辑方案。这种方案对继电保护具有显著优势，不仅能够扩大应用范围、降低计算难度，还能够有效控制规划建设的成本；其二，TCM方案。这一方案主要以继电保护装置的时限为依据，然后选择时限最短的组成最优方案，使故障能够在最短时间内被切除；其三，电流分量检测方案。这一方案只将零序和负序电流的分量进行对比，然后采用过电流保护措施，当数值达到设定值时就会启动保护动作。

3 结束语

随着新能源技术的不断发展与应用，针对智能配电网分布式光伏电源并网保护技术的探究非常必要，现阶段光伏发电技术已经在电力系统中得到广泛应用，但是大容量光伏电源的并入却使智能网络的运行受到一定影响，为了增强电力系统运行的安全性和稳定性，必须对并网保护技术进行有效应用，从而使智能配电网的运行方式、距离装置、继电装置、分布式发电单元都正常运行。希望本文能够为研究这一课题的相关人员提供参考。

参考文献：

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[2]吴顺风.无线通信技术在分布式光伏并网接入系统中的相关研究[D].安徽工程大学，2016.

[3]朱利宏.智能配电网建设与10kV分布式光伏电源并网运行保护配合初探[J].通信电源技术，2015，32（03）：87-90.