分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响

国家电力投资集团有限公司浙江分公司 黄峰

1 引言

节能环保理念在现代社会的发展背景下得到了积极的贯彻和落实。光伏发电以太阳能资源的开发利用为主要原理，能够有效缓解当前电力资源的生产和配电网的运行压力，提高电网运行的安全性和可靠性。光伏电站并网之后，配电网原有的系统运行方式也发生了改变。在市场用电需求越来越大的情况下，发挥光伏发电的作用，需要加强对光伏发电情况下的配电网继电保护重视程度。

2 分布式光伏发电概述

分布式光伏发电主要是指在光伏发电原理的基础上，以光伏组件为主要工具，以就近发电为主要原则，在太阳能充足的用户附近区域直接利用太阳能进行发电。这种发电方式能够有效避免因电网的长距离运输而导致的电力损耗问题，是以光伏发电为基础的一种能够综合利用能源的有效方式，在现代社会的发展中有着广阔的发展空间[1]。现阶段应用比较广泛的分布式光伏发电系统，以城市建筑物屋顶的光伏发电项目为主，通常需要接入公共电网才能够发挥基本的供电功能。

3 分布式光伏电站并网接入方式

光伏发电的并网接入方式，主要受到电网条件和电压等级的影响，原理以专线接入和T 接方式为主，在与配电网系统连接之后，逐渐形成接入和自发自用余量上网模式两种主要的并网接入方式[2]。在统购统销的接入系统中，对于并网点开关位置的选择，一般需要在配电网10kV 母线之上，再将开关位置接入光伏电站的输出电缆。而在自发自用余量上网模式中，通常可以采取直接在用户的10kV母线上拼接开关柜的方式，并将并网点的容量控制在配电网电压器容量的25%左右。

4 分布式光伏电站并网保护装置

在并网运行模式下，分布式光伏电站的保护装置一般由光伏列阵、逆变器、并网电抗器、控制器、信号采集模块以及断路器组成。保护装置在实际的应用中，需要以控制系统运行为主要原理，通过对光伏发电整个过程的实时监控，依据系统的预设算法，对获得的实时监测信号进行快速计算，以便能够技术性功率电路输出控制信号[3]。保护装置的运行效果主要会受到处理器芯片和控制方式的选择、电流信号的计算结果以及信号逻辑组合结果的影响。在实际运行中，逆变器是能够将光伏电池中的直流电能转化为交流电能，并将其输送给电网的重要装置，能够发挥静止无功补偿的功能。

5 并网断路器保护

并网运行的方式对于减少整个配电网运行中的电能损耗和降低能源成本具有重要的作用。在分布式光伏电站并网后，配电网由传统的单电源辐射型结构转变为多端电源的供电系统。在这个系统运行的过程中，电流分布和电压都发生了明显的变化。为了能够保障分布式光伏电站并网后配电网的运行安全，通常需要应用断路器[4]。而考虑断路器在实际应用中容易出现的失灵情况，需要加强对断路器的保护。对于并网情况下的断路器保护，需要能够在断路器跳闸失败的情况下，通过启动其他断路器跳闸的方式将系统故障及时切除，将因故障导致的停电或电路故障范围控制到较小，以此保障电网的安全运行。

6 分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响

6.1 影响配电网的三段式电流保护

分布式光伏电站在并网之后，对配电网的继电保护产生一定的影响，其最主要的原因是影响了传统的三段式电流保护效果。一方面，并网后配电网的结构发生了较为明显的变化，如果电力系统在运行中出现故障问题，不仅原有系统会给故障点输送短路电流，光伏电站同样会向故障点输送电流。但电力系统运行中的继电保护装置只能对原有系统的电流进行感知和检测，降低配电网继电装置的敏感度。另一方面，在分布式光伏电站并网后，故障点在电网运行中受到的短路电流会受到光伏电站的影响而在短时间内大幅度增加。基于故障点本身的绝缘效果，在电流突然增大的情况下，流经故障点的短路电流会分流到其他线路当中，对电力线路保护结果的准确性产生影响。

6.2 影响配电网继电的自动重合闸

在配电网原有的单侧电源连接模式下，系统会在检测到故障信息后，自动切断故障点的供电，减少故障点对整个线路运行的影响。在并网后，如果没有及时将光伏电站内的故障点与整个配电系统分隔开，光伏电站就会向故障点输送短路电流，这些短路电流会导致电弧重燃的发生，最终导致重合失败，不仅影响故障问题的处理效率，还会对配电网的运行安全产生较为明显的影响。

6.3 影响配电网的熔断器保护

熔断器是一种能够保障配电网运行安全的装置，在并网后，熔断器原本的保护动作会因为电网线路结构的变化而受到限制。如果在发生故障问题并受到并网后整个电网路线结构改变的影响，熔断器的保护动作没有及时启动，切断电路，就会很容易影响到整个电力系统的运行安全和稳定性。

6.4 缩小配电网继电保护的保护范围

在电网系统的运行中，距离保护也是一种能够保障线路运行安全的有效方式，相比于其他的保护方式，距离保护具有更明显的方向性特征。在配电网的重要线路运行保护中具有广泛的应用，在光伏电站并网后，由于应用距离保护的光伏电站上游增加了一个分支，距离保护的二、三段范围就会缩小，进而影响到配电网继电保护的实际效果。

6.5 降低配电网继电保护的保护灵敏度

当配电网运行过程中的某一位置发生短路故障并且在电流互感器受到故障电流影响而呈现出饱和状态的情况下，位于分布式光伏电站下游部分的电流值会逐渐增大，而流经分布式光伏电站上游部分的电流值减小，光伏电站的继电保护装置仅能够感知原有系统的电流，因而会在并网后降低各种设备的灵敏度，对整个系统的运行情况产生严重的影响。

6.6 影响配电站母线自切保护

继电母线的自切装置能够在配电网发生故障后及时切断母线与光伏电站之间的连接，从而达到维护配电网安全稳定运行的目的。在光伏电站并网之后，继电母线很容易受到配电网系统的进线端断路故障的影响，尽管在这一故障问题下，光伏电站仍能够正常地运行，但光伏电站与二段母线之间的连接很容易发生脱离，受到并网的影响，光伏电站与二段母线的其余负载会形成电力孤岛。在电力孤岛的影响下，配电网系统的电压等级和频率会发生一定的变化，而继电母线难以在这个过程中进行正确的动作，不仅会增加电力孤岛的效应，还会影响配电网的安全运行。

7 降低分布式光伏电站并网对配电网继电保护影响的方法

7.1 采用半导体材料

尽管从原理上来看，光伏发电具有安全无污染、可应用范围广的优势，但在实际应用这种发电方法的过程中，太阳光的存在与否会直接影响光伏发电方式应用的稳定性。夜间、阴天、雨雪天气等情况也会对光伏发电产生一定的限制。同时，光伏发电还容易受到大气环境污染的影响。在空气中污染物较多的情况下，空气可见度也会影响到光伏发电的实际效果。尽管光伏发电站的建设无须消耗过多的隔离原料，但对于太阳能转化为电能的效率与其他传统发电方式相比并不明显。在收集太阳能并转化的过程中，半导体材料主要负责与太阳能直接接触，是实现生伏特效应的重要工具。为保障光伏发电的效果，降低分布式光伏发电站对配电网继电保护的影响，需要在建设中应用半导体材料。晶体硅是目前较为常见的半导体材料，让半导体材料与太阳光直接接触，提高太阳光转化为电能的效率。

7.2 加装安全自动装置

加装安全自动装置能够在以光伏发电为主的配电网运行中，及时切除故障点位置与整个配电网的联系，减少对配电网正常运行造成的影响。在分布式光伏发电的原理下，由于不同光伏发电站附近的电网架构形式不同，光伏电站选择的并网方式也存在一定的差异。想要在配电网的运行中加装安全自动装置，需要结合不同的并网方式选择适宜的安全自动装置类型。在确定好用于加装的安全自动装置之后，还需要注意以下方面：在加装安全自动装置后，如果遇到紧急情况，安全自动装置需要能够及时将光伏电站与配电网系统之间的联系切除，以保留原有系统的方式保障整个电力系统的安全运行。同时，还可以通过构建二次系统防线的方式，为并网情况下电力系统的运行情况提供保障，减少故障问题对配电网正常运行产生的影响。

7.3 选用局部式光纤差动保护

光纤差动保护主要是一种借助线路光纤通道对电路运行中的电流数据进行采样，以计算差动电流的方法得到与电流差动保护相关的制动特性方程，由方程对发生故障的原因和保护装置失效的原因进行判断，从而加强对配电网运行情况的保护。在分布式光伏电站并网后，配电网运行中原本的普通微机保护效果会产生一定的影响。以局部式光线差动保护的方式，中单对发生故障问题的区域电流情况进行采集和处理，能够避免光伏发电方式在配电网运行中受到的阳光因素的限制，也无须考虑保护装置灵敏度对于配电网运行的影响，进而保证配电网继电保护安全稳定运行的目的。但考虑这种方式的实际应用成本过高，因而仍需要对光纤差动保护的方法进行优化调整。

7.4 加强并网检测和运行评估

安全检测对于保障配电网的安全运行具有重要的作用，基于光伏电站并网后对配电网继电保护产生的影响，还需要依靠加强并网检测和运行评估的方式，及时发现配电网运行中可能存在的各种安全隐患和问题，减少各种故障问题的发生概率，从而有效降低光伏电站电流输送对配电网整体造成的影响。在光伏电站并网后，电力企业自身需要在配电网的运行中重视安全检测工作，提高对以往配电网运行中一些容易出现故障问题区域的检测力度，重点开展配电网运行中的低电压穿越、电网适应性、SVC 性能以及电能质量等方面的检测工作。在光伏电站建设和与配电网的接入完成后，还需要做好设备的验收和评估工作，以光功率预测的方式来判断系统建设和预测的能力，并对并网后的配电网低电压穿越能力进行评估和分析。为了能够保证并网检测和运行评估结果的准确性，还需要对现有的针对光伏电站并网的技术标准和规范进行完善，以光伏发电过程中体现的技术参数、运行特点和抗干扰性能等来对技术标准和规范进行综合的分析，在确定光伏电站并网的规模、接线结构以及布设数量之后，设定电能质量、无功配置等方面的具体标准，提高光伏发电系统运行的规范性，保障电网运行安全。

8 结语

应用分布式光伏电站，需要以加强配电网的继电保护为主要前提和基础。针对分布式光伏电站并网后对配电网继电保护产生的影响，可以采取半导体材料、安全自动装置、局部式光纤差动保护、加强并网检测和运行评估、电压等级控制的措施，在分布式光伏发电下加强对配电网的继电保护。