分布式光伏接入对配电网继电保护的影响

王 骁

（国网浙江安吉县供电有限公司）

1 分布式光伏发电概述

1.1 分布式光伏发电的定义

分布式光伏发电是采用光伏组件将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电遵循因地制宜、清洁高效、分散布局、就近利用的原则，充分利用当地太阳能资源，替代和减少能源消费。

1.2 分布式光伏发电特征

分布式光伏发电可以抗污染，能够在一定程度上缓解用电紧张的状况［1］。但由于其能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅为100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积有限，不能从根本上解决用电紧张的问题；另外，分布式光伏发电可以发电用电并存。大型地面电站发电是升压接入输电网，仅作为发电电站而运行；而分布式光伏发电接入配电网，发电用电并存，且要求能够就地消能。

2 分布式光伏接入对配电网系统继电保护的影响

通常传统配电网都以单电源辐射状结构为主，与目前保护装置相比结构较为简单。在科学技术逐渐进步和发展的今天，配电网结构也愈发趋向复杂化，所以保护装置的组成结构变得复杂多样。就当前来看，传统型的三段式电流配置和反时限过电流配置是我国配电网继电保护的主要配置方案。

当出现故障时，向故障点传送的故障电流是配电网电流保护受到分布式光伏电源 （以下用PV简称）接入的主要影响，如果PV系统所接入的容量和位置没有发生变化，但短路点的位置有差别，那么所提供的短路电流也会存在差异，所以不同路线位置出现短路故障时，PV所提供故障电流的大小是需要考虑的主要问题。与此同时，即使线路出现短路故障的位置相同，但PV接入的容量与位置也有区别，会改变配电网中PV所传送的短路电流大小。

2.1 PV1下游发生故障

从图1可知，如果PV1接入母线B位置，当PV1下游K2点出现故障时，从继电保护的选择性分析，采取故障切除动作的是R2。可是R2所接收的故障电流来源于PV1和系统测电源，所以可知比接入PV1前电流要大，因此R2保护的灵敏性得以提升。如果K3发生故障，处于保护选择性考虑，切除故障的是R3，如果PV1容量处于某一零界点，会延伸R2的Ⅰ段保护范围，使其断开。与PV1距离最近的CD段母线C上，出现三相短路期间会流过较大的电流，为避免PV1造成R2误动作，必须保证CD段最大短路电流比R2Ⅰ段整定值要小。

图1 配电网结构图

根据整定原则来看，如图2，R3Ⅰ段动作值大于R2Ⅱ段动作值，即使在PV1接入后R2Ⅱ段保护范围扩大，但不能保证只触发R2Ⅱ段的情况。

图2 保护范围图

如果在配电网中接入同一范围，区域不同、容量不同的多个PV，会出现PV混合密度接入的情况，从PV3的角度来看，必须确保PV3下游的保护R3上Ⅰ段的保护范围，使其保护范围控制在所在线路DE内，这样PV3下游的全部保护都能够进行正常工作，做出正确动作；同理，在PV2下游出现短路故障期间，要使PV2与故障点间的全部保护处于正常工作状态，做出正确动作，就应该控制PV2下游R3上的Ⅰ段保护范围，从而使其保护范围在所在线路CD内。

2.2 PV2上游出现故障

如果图1中母线A上PV2位置接入PV，在K1出现故障时，根据继电保护的选择性，需结合R1动作才能切除故障，但其他保护容易出现误动作。当PV2上游的母线B出现短路，且PV2上游全部保护的定值最小，最大短路电流会流经R2。如果在配电网中接入同一范围内，区域不同、容量不同的多个PV，会出现PV混合密度接入的情况。

2.3 PV相邻馈线出现故障

如果将PV1接入图1中配电网，PV相邻馈线AE上K4发生故障，保护R4会接收到PV1与系统侧电源同时提供的故障电流，R4灵敏度得以提高。通过PV1将反向故障电流传送至R1，PV1此时容量较大，且R1不具备方向性，则R1在故障电流值处于整定值后出现误动作。

2.4 系统电源侧发生故障

在图1中K6位置出现故障，保护R1在PV1接入前无法感受故障电流，只有在PV1接入后，才能接收PV1的反响故障电流；如果PV1的容量较大，同时R1不具备方向性，R1会在故障电流达到整定值时出现误动作。

3 基于分布式光伏电源接入配电网系统继电保护的改进方法

在分析配电网保护及传统三段式保护受到的分布式光伏电源接入影响特点后，通常可以采取以下优化方法：由于PV接入导致系统电源线路是双侧电源系统，所以针对PV接入上游线路来说，必须把具有方向性的三段式电流保护装置安置在线路量变，以此来确保保护能够发出选择性动作，同时要重新定义三段式电流保护。电流经保护的短路电流没有接受PV做出的任何动作，则无需重新整定保护Ⅰ段；在PV接入的下游过流保护配置方面，要将接入PV下游距离最短的保护Ⅰ段保护范围控制好，使其小于所在线路的整体长度。如果Ⅰ段整定值处于变化状态，则Ⅱ段整定值也会随之变化。假如PV接入不会改变配电网的原始电流，那么一旦分布式光伏的容量不断增加，Ⅲ段整定值会逐渐降低，对Ⅲ段整定值降低幅度的保护在PV接入点之前比较大，在接入后降低幅度则会减小。如果这时PV的接入容量已经准备重则，就能够将部分线路潮流的方向改变。当光伏容量提升时，先减小PV接入点上游保护Ⅲ段的整定值，在实施其他操作，也就是说依据保护上游PV容量实际密度来调整过流Ⅱ、Ⅲ的实际定值。

如果原本的配置保护无法符合目前在灵敏性和选择性方面的实际需求，或者由于PV不断进行并网造成保护整定值改动频繁，也可以通过在PV接入馈线上应用光纤纵差保护，将两端电气量变化情况反映出来的方法。而PV上游过流保护装置，可以将方向性元件加入其中，同时将断路器加装设备，实施纵联差动保护配置。

一般来说，相邻馈线所发生的故障不会受到PV接入的影响，几乎没有产生影响，由于已经将方向性元件安置于PV上游的保护中，所以PV上游保护也不会受到系统侧发生故障的影响。

4 结束语

分布式发电的优势是效率高且具有清洁性，不仅在电力系统中发挥着重要作用，同时其应用前景也非常可观。虽然目前配电网中接入大量分布式电源会对配电网结构产生一定的影响，但是在未来科学技术不断发展下，必将会出现有效的措施使这一影响降到最低，充分将其优势发挥出来，使配电网系统运行更加稳定、持久、安全。