分布式光伏电站接入对配电网继电保护的影响

摘要：本文主要针对人们迫切需要新的清洁能源，以光伏发电为代表的可再生能源走入了人们的视线，太阳能作为一种分布范围广、安全无污染的能源具有非常大的开发潜力，并且随着科技的发展，前期光伏发电并网的一系列难题逐渐得以解决。分布式发电是一种高效、环保的发电技术，它对传统的继电保护系统产生了很大的影响。通过介绍配电网的结构和保护配置，从馈线保护方面探究了分布式发电在配电网继电保护系统中的影响。

关键词：分布式光伏电站；接入配电网；继电保护

中图分类号：F407 文献标识码： A

引言

一、分布式光伏发电简介

1、光伏发电和分布式光伏发电

光伏发电是指利用太阳能光伏电池把太阳辐射能直接转变成电能的发电方式。光伏发电是当今太阳能发电的主流，所以，现在人们通常说的太阳能发电主要是指光伏发电。分布式光伏发电，是指在用户所在场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用为主、多余电量上网、且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、就进利用的原则，充分利用当地太阳能资源，替换和减少化石能源消费。

2、光伏发电系统组成

光伏发电系统由光伏方阵（光伏方阵由光伏组件串并联而成）、控制器、蓄电池组、逆变器等部分组成。光伏发电系统的核心部件是光伏组件，而光伏组件又是由光伏电池串并联并封装而成，它将太阳的光能直接转换为电能。光伏组件产生的电为直流电，我们可以利用，也可以用逆变器将其转换成为交流电，加以利用。从另一个角度来看，对于光伏系统产生的电能可以即发即用，也可以用蓄电池等储能装置将电能存放起来，根据需要随时释放出来使用。

3、分布式光伏发电并网

配电网是从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容、计量装置以及一些附属设施等组成的，一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状。分布式光伏发电接入配电网，使配电系统中发电与用电并存，配电网结构从放射状结构变为多电源结构，短路电流大小、流向以及分布特性均发生改变。

二、对继电保护的影响

中国的配电网大多为单电源放射状结构，使用较多的是速断、限时速断的方式进行保护，这种保护是不具备方向性的。而当光伏发电并网后，并网后的功率会使继电保护范围缩小，会造成对电网的保护能力的减弱，更有可能是其他的部分产生问题时会波及分布式光伏的继电保护产生误动作，这些都会对电网的正常及安全运行造成极大的影响，会对配电网络的电能质量造成极大的影响。

三、配电网保护的主要组成结构

传统意义上的配电网均为单电源辐射状结构，起到保护作用的装置也比较简单。随着科学技术的发展和配电网结构的复杂化，其保护装置的结构也变得越来越复杂。目前，我国配电网继电保护的配置方案有反时限过电流配置和传统的三段式电流配置。

在线路动作时限的保护中，反时限电流可以起到很好的保护作用，它与线路的电流量息息相关。随着线路保护动作时间的缩短，相应的短路电流量会变大。当线路发生故障时，故障电流变大，动作保护时间缩短。近处故障的动作保护时间比较短，远处故障的动作保护时间比较长。这种电流保护方式可以满足一定的要求，在配电网继电保护中得到了广泛应用。从传统意义上讲，电流保护主要指三段式电流保护，它主要包括时限电流、瞬时电流和过电流，必须有效保护这些电流。我国的配电网主要是单侧电源和辐射型网路。

四、分布式电源对主馈线保护的影响

分布式电源（Distributed Generation，DG）是指规模较小，分布在负荷附近或连接在配电网上的发电设施， 能够经济、高效、可靠地发电。

1、对两段式电流保护的影响

在配电网中接入分布式发电，当故障发生时，配电网中的故障电流的大小和分布明显与不接分布式电源时不同，这将影响配电网原有继电保护装置的正常运行。含分布式电源的配电网在故障发生时，由于分布式电源对电流的助增或者分流作用，流过保护装置的故障电流可能增大也可能减小。它将改变保护的保护范围和灵敏度，给各个保护装置的相互配合带来问题。

假设分布式发电接入的是l0kV配电网络，并且将10kV变电站以上的电网等值为一个电压源，根据此假设条件来分析分布式发电对配电网继电保护的影响。分布式发电引入10kV配电网，将使配电网从传统的单侧电源网络变成双侧电源甚至是多侧电源网络，从而改变故障电流的大小、持续时间及其电流方向 。

分布式发电对配电网主馈线的两段式电流保护的影响主要表现在以下几个方面：

1.1降低线路保护动作的灵敏度.如图l所示，如果DGl未接入而在BC段接入DG2，此时若在k2发生故障，按照继电保护的选择性原则应由R2动作切除故障。故障点k2的故障电流由系统侧电源和DG2共同提供，大于接入DG2前的故障电流，而保护R2仅仅感受到从系统侧流过来的故障电流，同时由于DG2的分流作用使得R2感受到的故障电流减小，这将影响保护R2的灵敏性严重时R2甚至拒绝动作。如果是k3点发生故障，则R3感受到的故障电流和故障点k3的故障电流相等，都是由系统侧电源和DG2共同提供，这个电流比DG2接入前更大，保护尺的灵敏性增加。

1.2相邻馈线故障时，反向故障电流可能导致本馈线保护误动。如图l所示，如果仅DG2接入配电网，当相邻馈线AE上的k4点发生故障时，保护R4感受到的故障电流由系统侧电源和DG2共同提供，其电流值大于未接入DG2时的值，保护的灵敏性将提高。而保护R1和R2也将感受到由DG2提供的反向故障电流，当DG2容量较大时，这个电流有可能超过保护的整定值，使保护R2或R1误动作。

1.3使一些保护的保护范围增大。而另一些保护的保护范围减小。如图1所示，按照保护配置的选择性原则，在未接入任何分布式电源，当k2点故障时，应由保护R2动作切除故障馈线，如果由于某种原因R2拒绝动作时，应由R2的远后备保护R1动作切除故障。现假设仅有DG3接入配电网，在k2点故障时，流过保护R2的故障电流随着DG3容量的增大而增大，但是流过保护R1的故障电流却因DG3的分流作用而小于未接DG3时的值。与接入DG3之前相比，对于k2点的故障，保护R2感受到的故障电流增加，保护R1感受到的故障电流减小，这将使得保护R2的保护范围增大，而保护R1（作为保护R2的远后备保护）的保护范围减小。

1.4当DG容量足够大时，导致保护失去选择性；

如图1所示，仅有DG3接入配电网。馈线CD段的首端k5点发生故障时，应由保护R3，动作切除故障馈线。但是当DG3的容量足够大时，保护R2的保护范围将可能延伸到CD段，这种情况下，如果k5点发生故障，保护R2、R3感受到的故障电流都达到甚至超过其各自的整定值，两个保护都动作，继电保护失去了选择性。

图1

2、对自动重合闸的影响

分布式光伏电站的接入对重合闸装置的影响主要体现在两个方面：非同期重合闸及延长故障点电弧熄灭时间。当线路发生故障时变电站侧断路器跳闸，此时式光伏电站上网功率有可能与配电网负荷相平衡，形成电力孤岛。由于配电线路重合闸时间一般小于光伏电站防孤岛保护动作时间，当变电站侧断路器重合闸时，引起系统电源与孤岛电源非同期合闸，此时产生的冲击电流将会引起保护误动作，甚至对电站设备造成破坏。配电线路发生故障后，断路器跳闸，将故障点与系统电源隔离，但分布式电站尚未与故障点隔离。分布式光伏电站继续为故障点提供故障电流。故障点电弧无法熄灭，造成重合闸不成功。

结束语

分布式发电是一种清洁、高效的发电方式，在电力系统中的使用拥有非常好的发展前景。但是大量分布式电源在配电网中的接入必然会对配电网的结构造成严重的影响，为了使这一影响降到最低，对分布式发现的进一步研究以及推广应用具有非常重要的意义。

参考文献

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