張子杰等

摘 要：隨著能源和環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出，光伏發(fā)電作為一種戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，得到了快速發(fā)展。由于光伏發(fā)電的成本不斷降低，并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)逐步成為光伏產(chǎn)業(yè)的主流。為了保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，文章分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)（Photovoltaic power system，簡(jiǎn)稱PV系統(tǒng)）并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)原有的距離保護(hù)的影響。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；距離保護(hù)；影響

引言

在可利用資源日益緊張的今天，太陽(yáng)能作為一種無(wú)污染、可再生的能源在全球被人們大范圍的加以利用。許多國(guó)家已經(jīng)開展并實(shí)施對(duì)光伏電源系統(tǒng)的研究及建設(shè)，從設(shè)計(jì)研究、設(shè)備研發(fā)及制造以及施工實(shí)施等一系列流程上都取得了一定的成果，但光伏電源系統(tǒng)投運(yùn)后對(duì)電網(wǎng)的影響研究尚不夠成熟，還需加強(qiáng)研究的力度。光伏電源系統(tǒng)接入單電源變電站使原有的單電源網(wǎng)絡(luò)變成了至少雙電源網(wǎng)絡(luò)，使原來(lái)的中、低壓繼電保護(hù)不能滿足改變后電網(wǎng)運(yùn)行的要求，文章主要闡述目前光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后對(duì)原電網(wǎng)系統(tǒng)距離保護(hù)的影響。

1 光伏系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)出力具有波動(dòng)性和間歇性，另外光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)逆變器將太陽(yáng)能電池方陣輸出的直流轉(zhuǎn)換成交流供負(fù)荷使用，含有大量的電力電子設(shè)備，將會(huì)產(chǎn)生諧波、導(dǎo)致電壓偏差，電壓波動(dòng)和閃變、電壓不平衡和直流分量等電能質(zhì)量問(wèn)題。接入配電網(wǎng)會(huì)對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。（2）目前光伏發(fā)電系統(tǒng)一般接入110kV以下配電網(wǎng)中，且它在電網(wǎng)低電壓等級(jí)。若電網(wǎng)110kV電壓等級(jí)發(fā)生故障時(shí)，光伏電源系統(tǒng)向110kV系統(tǒng)反向供電，故障點(diǎn)的電流及電壓會(huì)產(chǎn)生一定的影響，短路電流同時(shí)由系統(tǒng)電網(wǎng)及光伏電源提供。當(dāng)光伏電源容量較大時(shí)，其負(fù)荷電流不斷流向故障點(diǎn)，達(dá)到保護(hù)的整定值時(shí)會(huì)使保護(hù)出口誤動(dòng)或拒動(dòng)；當(dāng)光伏容量較小時(shí)，短路點(diǎn)的故障電流主要由系統(tǒng)電網(wǎng)提供，光伏系統(tǒng)提供的短路電流相對(duì)較小，對(duì)110kV保護(hù)的影響也較小，甚至無(wú)影響。當(dāng)光伏電源系統(tǒng)下一級(jí)電壓等級(jí)故障時(shí)，其下級(jí)的速斷保護(hù)靈敏度和保護(hù)范圍會(huì)隨著電流的增加而變大，保護(hù)范圍延伸至下一級(jí)，嚴(yán)重影響保護(hù)裝置的選擇性。綜上所述，PV系統(tǒng)的容量大小、接入電壓等級(jí)及故障點(diǎn)的不同直接或間接影響著繼電保護(hù)裝置的可靠性、選擇性、速動(dòng)性及靈敏性四大因素。

2 光伏系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)距離保護(hù)的影響

目前電流速斷保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)等普遍應(yīng)用于35kV及以下電壓等級(jí)的簡(jiǎn)單電網(wǎng)系統(tǒng)中，隨著電壓等級(jí)的升高，電網(wǎng)越加復(fù)雜，選擇更加完善可靠的繼電保護(hù)裝置就成為重中之重，距離保護(hù)就是其中的一種。它普遍應(yīng)用在66kV及以上、110kV及以下的電壓等級(jí)中，并將其作為輸電線路的主保護(hù)。

距離保護(hù)是反映故障點(diǎn)至保護(hù)安裝點(diǎn)之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)間的一種保護(hù)裝置，距離保護(hù)具有三段式階梯特性，分別為距離Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段保護(hù)。

當(dāng)系統(tǒng)電源饋線側(cè)發(fā)生故障時(shí)，流入短路點(diǎn)的故障電流是由系統(tǒng)電源和未解列的PV系統(tǒng)共同提供。故障點(diǎn)的短路電流值會(huì)變大，增加的電流大小取決于光伏電源系統(tǒng)的容量大小。因此，PV系統(tǒng)的并網(wǎng)有可能促使原系統(tǒng)距離保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)，主要如下：（1）距離保護(hù)Ⅰ段對(duì)應(yīng)于瞬時(shí)電流速斷保護(hù)，瞬時(shí)動(dòng)作，為保證動(dòng)作的選擇性，距離保護(hù)Ⅰ段不可能保護(hù)線路的全長(zhǎng)，一般僅對(duì)線路全長(zhǎng)的80%～85%進(jìn)行保護(hù)。系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化不會(huì)影響到它的測(cè)量阻抗，運(yùn)行方式的變化，使得保護(hù)裝置檢測(cè)到的電壓和電流以正向線性方式變化，線路阻抗基本保持不變，基本不會(huì)影響距離Ⅰ段保護(hù)。（2）距離保護(hù)Ⅱ段用以彌補(bǔ)保護(hù)Ⅰ段的不足，盡快切除本線路末端15%～20%范圍間的故障，其保護(hù)范圍可延伸至下一段線路，其動(dòng)作時(shí)間比下一線路距離Ⅰ段高出一個(gè)時(shí)限，其定值按照躲過(guò)相鄰線路速動(dòng)段保護(hù)來(lái)整定。以圖1所示，某一光伏電源系統(tǒng)接入110kV變電站A的10kV電壓等級(jí)，110kV變電站A以110kV線路連接110kV變電站B，110kV線路均配置距離保護(hù)。當(dāng)110kV變電站A的其他10kV線路K1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，電網(wǎng)系統(tǒng)與PV系統(tǒng)會(huì)同時(shí)向K1故障點(diǎn)注入短路電流，由于PV系統(tǒng)的分流作用會(huì)減小110kV線路距離保護(hù)處（保護(hù)1）的故障電流，致使110kV線路距離Ⅱ段保護(hù)測(cè)量阻抗變大，保護(hù)范圍變小，同時(shí)可能降低保護(hù)的靈敏性和速動(dòng)性，最終導(dǎo)致保護(hù)裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)。此時(shí)需要根據(jù)光伏系統(tǒng)的容量、接入方式重新整定保護(hù)定值，并做相應(yīng)的試驗(yàn)以保證保護(hù)裝置的安全可靠運(yùn)行。若整定調(diào)試后仍無(wú)法滿足要求，則需考慮更換保護(hù)，重新配置光纖電流差動(dòng)保護(hù)。（3）距離保護(hù)Ⅲ段是作為本線路距離Ⅰ、Ⅱ段保護(hù)的近后備、相鄰下一級(jí)線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備和反向母線保護(hù)的后備保護(hù)，動(dòng)作時(shí)限比其他各保護(hù)最大動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)時(shí)限，以保證選擇性。其定值按照與相鄰下級(jí)線路距離保護(hù)Ⅱ或Ⅲ段配合整定。當(dāng)在K1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)110kV線路保護(hù)處（保護(hù)1）距離Ⅲ段保護(hù)檢測(cè)到的阻抗可能會(huì)減小，甚至小于距離Ⅲ段保護(hù)啟動(dòng)的門檻值，但由于距離段Ⅲ保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限一般較長(zhǎng)，需要和下級(jí)線路距離保護(hù)Ⅱ或Ⅲ段配合，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于PV系統(tǒng)的失穩(wěn)時(shí)間。因此，它能夠躲開PV系統(tǒng)提供的短路電流干擾，避免受到影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

在全球能源形勢(shì)緊張、全球氣候變暖嚴(yán)重威脅經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們生活健康的今天，世界各國(guó)都在實(shí)施以尋求新的能源替代的戰(zhàn)略，以求得可持續(xù)發(fā)展和在日后的發(fā)展中獲取優(yōu)勢(shì)地位。光伏發(fā)電作為一種新型可持續(xù)發(fā)展的能源，對(duì)節(jié)能與環(huán)保意義重大。隨著光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，在并網(wǎng)后保證電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行成為最關(guān)鍵的問(wèn)題。但光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的影響還有待深入研究，并完善相關(guān)保護(hù)配置的方案。在此倡議各界加大光伏發(fā)電大規(guī)模并網(wǎng)相關(guān)問(wèn)題研究的力度，充分發(fā)揮可再生、清潔能源的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與光伏發(fā)電系統(tǒng)的可持續(xù)健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2009.

[2]張澤云，黃家棟，段曉波.光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響[J]，河北電力技術(shù)，2010，6.

[3]何明.光伏發(fā)電建模及對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)影響分析[D].天津大學(xué)，2011，12.

作者簡(jiǎn)介：張子杰（1984-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電氣二次和調(diào)度自動(dòng)化方面的設(shè)計(jì)工作。