光伏并网对地区电网继电保护的影响

苏 阔，王 俊，丁 浩

(1. 国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；2. 国网吉林省电力有限公司，长春 130021)

当前吉林地区光伏并网容量逐年攀升，尤其在西部地区呈现出爆发式增长的态势。原有的保护配置方案主要建立在单电源的辐射式网架结构基础上，大量分布式光伏的并网使得地区配电网变为多电源发散式网架结构，原有保护方案的可靠性受到了严峻挑战[1-2]。本文利用电磁暂态仿真(PSCAD)软件仿真分析了光伏并网前后对配电网保护的影响，并对光伏并网后的保护配置给出了建议。

1 光伏并网后故障位置不同对配电网保护的影响

图1 配电网网架结构配置及故障点设置

当前传统的配电网网架结构是单电源辐射电网，通常继电保护装置所配置的主保护为不判别方向的三段式过流保护，为了全面分析光伏并网后对原区域电网潮流分布的影响，引用模型通过PSCAD软件进行仿真分析，模型采用的网架结构见图1，图中B1～B7为线路保护的安装位置，K1～K5为故障点的设置位置，Zs为系统等值电抗，I1～I7为电流。系统参数见表1。

在未接入光伏电源时，系统在正常运行方式下电流I1、I2、I3、I4分别为0.205 kA，I5为-0.205 kA，I6为0.228 kA，I7为2.308 kA。

下面分析光伏并网前后，在不同的故障位置时，各线路流经的故障电流情况。本文设定光伏的接入位置在母线C处，装机容量为5 MW。

表1 仿真配电网相关参数

1.1 故障点设置在光伏并网所在线路的下游

光伏并网前后，在K2处发生三相短路故障流经各线路保护的故障电流见表2。比较光伏并网前故障电流与光伏并网后故障电流，光伏并网前I2与I3电流为2.322 kA，光伏并网后I2为2.623 kA，I3为1.953 kA, 可以得出光伏并网后对其线路上游有汲出作用，对其线路下游有助增作用。流经B2保护的短路电流增加，使得B2保护的电流速断保护范围增大，若B2主保护的保护范围扩大至线路DE，很可能造成B1保护与B2保护无法配合，给保护的选择性造成影响。与此同时，流经B3保护的短路电流减小，使得B3保护的电流速断保护范围缩小，可能造成保护的拒动。

表2 K2处发生三相短路时网架电流分布 kA

1.2 故障点设置在光伏并网所在线路的上游

光伏并网前后，在K4处发生三相短路故障流经各线路保护的故障电流见表3。光伏并网前后I4电流分别为8.879 kA、8.870 kA，光伏并网并不影响保护B4的速动性和选择性，而电流I3数值变为负值，电流I5数值变为负值，光伏并网点及其线路下游形成孤岛。

表3 K4处发生三相短路时网架电流分布 kA

2 光伏并网位置不同对配电网保护的影响

以下分析配电系统故障位置不变，光伏并网位置不同时，各线路流经的故障电流情况。本节设定故障位置为K2，故障类型为三相短路故障，光伏装机容量为5 MW。

2.1 光伏电源并网点在配电网主母线处

光伏并网点在主母线处，相当于增加电源侧的总容量，因此当下流线路存在故障时，光伏并网对故障线路的短路电流有助增作用。光伏并网点不同时故障电流分布见表4，通过表4中I2数据对比发现，光伏并网点距离故障点越近，其对短路电流助增程度越强。

表4 光伏并网点不同时故障电流分布 kA

2.2 光伏电源并网点在配电网相邻馈线处

在馈线L2母线F处并入光伏电源，光伏并网前后故障电流分布见表5。比较发现光伏并网在相邻馈线后，对故障线路的短路电流无显著影响。

表5 光伏并网前后故障电流分布 kA

3 光伏并网对配电网重合闸的影响分析

假设光伏并网点为母线D处(见图1)，其所在馈线配置重合闸功能。当K2点发生瞬时短路故障时，如果保护B2的重合闸时间早于光伏电源的切除时间，即保护B2所在断路器重合时，故障点所在的电弧并未熄灭，可能造成电弧重新燃烧，绝缘击穿，从而存在断路器重合失败，事故范围扩大的可能。

4 结论及建议

本文通过仿真软件分析了光伏并网后故障位置不同以及光伏并网位置不同时整个配电网架的故障电流的分布情况，通过分析发现，并网光伏对其上游馈线有汲出作用，对下游馈线有助增作用；在特定故障状态下，光伏并网点及其下游馈线存在孤岛的效应；光伏并网前后其他馈电线路的短路电流无明显影响；同时光伏并网后，其所在馈线存在断路器重合失败，事故范围扩大的可能，故提出以下建议。

a.光伏并网后，其相邻馈线的电流保护无须重新整定，并网馈线的电流保护均需要重新整定，并且需要增加方向性判据，其整定方法可以参考文献[3-4]。

b.有光伏接入的变电站，建议设置故障解列保护，远跳光伏电站的出口断路器或联跳光伏线路的并网断路器。若馈线线路有线路电压互感器，不宜采用快速重合闸，且重合闸动作时间应与光伏电源切除时间相配合。

c.光伏电源侧的保护配置。光伏的并网线路宜设置差动保护及方向性的过流保护，若配置重合闸，其动作时间应与光伏电源切除时间相配合。

d.制定防孤岛措施。光伏并网点及其下游馈线存在孤岛的可能性，影响区域电网的系统稳定性。同时若上一级线路重合闸为检无压方式，孤岛区域的不稳定电压将导致上一级线路重合闸动作失败，进而降低区域电网的供电可靠性，因此需要制定相应的防孤岛保护策略。