浅谈光伏电站并网对配电网继电保护的影响
陈文胜
【摘 要】在经济飞速发展的背景下，我国的资源和能源危机也在加剧，基于可再生能源的发展系统得到电力行业的重视和开发，大量的分布式发电系统接入配电网，其中光伏发电站依靠太阳能资源进行发电，在增加电能生产效率和质量的同时，也会造成一定的消极影响。论文对光伏电站进行了简单介绍，从继电保护方面分析了光伏电站并网对配电网的影响，并提出了相关改善策略。
【Abstract】Under the background of rapid development of economic， China's resources and energy crisis has intensified， the development system based on renewable energy is valued and developed by the power industry， a large number of distributed generation systems are connected to the distribution network， the photovoltaic power station relies on solar energy to generate electricity， and it will also have a negative impact when increasing the efficiency and quality of power production. This paper briefly introduces the photovoltaic power station， analyzes the influence of the grid of photovoltaic power station and the power distribution network from the relay protection， and puts forward the related improvement strategy.
【關键词】光伏电站；配电网；继电保护；影响；策略
【Keywords】photovoltaic power station； distribution network； relay protection； influence； strategy
【中图分类号】U665.12 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0148-02
1 引言
太阳能是一种丰富的可再生能源，具有安全、清洁、分布广泛等特点，光伏发电能够有效利用太阳能实现电力能源的生产，符合现代化的节能环保理念。光伏发电站一般采用分布式的布置形式，作为配电网的重要补充，光伏电站不仅能够节约投资成本，还能够提高供电可靠性。随着光伏电站并网数量的增加，这种依靠太阳能等自然资源的发电方式对配电网的影响也逐渐显现出来。光伏电站并网后，配电网由原来的单电源系统转变为多电源系统，使得配网系统的潮流方向发生改变，原有的继电保护不能可靠动作，发生拒动、误动等情况，同时还会影响自动重合闸。因此，加强光伏电站并网对配电网继电保护影响的研究具有重要意义。
2 光伏发电站简介
2.1 光伏发电站优势
光伏发电站主要是利用光伏组件将太阳能资源转化为电力能源的一种发电系统。分布式光伏发电技术中应用到的发电机组具有良好的环境兼容性，能够在电力用户现场和附近的配电网中进行匹配安装。一般而言，光伏发电系统需要包括光伏电池板（由特殊材料制作的硅板）、电容适配器、主开关、核心逆变器、交直流变换器、蓄电池组、充电器等，在发电过程中，充电器具有MPPT功能，将光伏电池板产生的电能连接到蓄电池，同时蓄电池与电容适配器连接，对电能电容进行调控；与核心逆变器连接，确保电能与配电网的适配。光伏发电站能够与配电网或其他新能源网络进行有效调节，互为补给，不仅能够直接连接用户负载，还能够将多余电能储存运输到当地的公用电力网络中[1]。从运行成本分析，光伏电站的规模设置较为灵活，但是应用到的配件性能要求较高，因此发电成本较高，需要加强相关技术的完善和创新，实现光伏发电平民化。
2.2 并网结构
一般的配电网结构可以分为树干型、环网型、放射型，其中较为简单的结构就是放射型，具有接线简单、保护整定容易、扩充方便的优点，将光伏电站并入这种配电网络中，其基本结构框图如图1。图中的QF1-QF10为反时限过流保护断路器，QFa-QFe为带前加速自动重合闸断路器，QFiI-QFi2为自切装置。
3 光伏电站并网对配电网继电保护的影响
3.1 对电流保护的影响
本文参考图1，对光伏电站的影响进行分析。例如，图1中，如果A点发生短路故障，在光伏电站并网的情况下，光伏发电系统的短路电流变化。保护断路器QF6短路电流测量值不仅受光伏电站的影响，还会受到35kV等效模块的影响，与光伏电站并网前相比，这种数值大大增加，保护断路器QF6的灵敏度也相应得到提升。光伏电站并网对电流保护的影响主要包括以下两点：第一，对于非直接接地配电网，光伏电站的接入会造成短路电流的减小，在A点发生单相短路故障时，光伏电站提供给A点电流增加，短路电流达到反时限整定值，QF6动作，配电网不再具有单相短路短时运行的能力；第二，保护断路器QF10在A点发生故障时，也会得到光伏电站电能供应，如果光伏电站容量较大，QF10处电流将超过整定值，出现误动作的现象[2]。
3.2 对母线自切保护的影响
图1系统的进线端如果发生断路或断路故障，母线很可能与35kV等效配电网发生脱离，在光伏电站并网的情况下，光伏电站与二段母线的其余负载将会形成电力孤岛，但是光伏电站的输出功率常常受到环境因素的影响，导致处理调节效率降低，难以满足孤岛运行的电力需求，使得电力孤岛系统的电压幅值和频率随着光伏发电系统的负荷情况发生变化。对于母线自切装置而言，光伏电站并网造成的影响是：第一，当B点发生断路问题，二段母线光伏电站和负载形成电力孤岛，孤岛区域的电压得到提升，自切装置低压检测装置失去效应，难以达到自切要求；第二，当B、C点发生断路故障，二段母线光伏电站和负载还会形成孤岛效应，但是二段母线电压增加，一段母线电压降低，自切装置发生错误动作，导致孤岛效应增加。
4 分布式光伏并网对配电网影响的改善措施
4.1 完善技术标准与规范
针对光伏电站并网，需要对其技术标准和相关规范进行全面完善，电力企业要结合光伏发电的技术参数、控制功能、运行特点和抗干扰性能进行综合分析，从而确定光伏电站并网的规模大小、接线结构、布设数量等，同时，对电能质量、无功配置、电压等级等进行科学设定，使得光伏电站的并网操作有据可循。此外，对于光伏电站，还要加强调压设备、无功补偿装置和无功发生器的改进和完善，提升分布式光伏发电系统运行的规范性和标准性，减少对配电网原有运行状态的影响。
4.2 加强并网检测和运行评估
在光伏电站接入配电网后，电力企业要根据相关文件积极开展配电网和光伏电网的安全检测工作，严格根据《分布式电源接入电网安全规定》，执行对光伏电站的验电和故障排除工作。在实际工作中，电力企业要加强对光伏电站主要性能的重点检测，例如低电压穿越、电网适应性、有功功率输出特性、SVC性能、电能质量等方面的检测。同时根据接入配电网的技术规定，做好光伏电站接入设备的验收和评估工作，主要从以下几个方面开展评估实验：光功率预测系统建设和预测能力、全站涉网保护定值与低电压穿越的逻辑关系和低电压穿越能力等。
4.3 加强无功补偿研究
按照国家电网的有关规定，光伏电站并网需要加强无功补偿性能的研究，尤其是对于大型的光伏电站必须具备动态无功补偿能力。一方面，要针对AVC和无功设备容量进行全面研究和设置，使得光伏发电站并网后能够与配电网形成统一的无功控制系统，同时要对电容和电抗器等无功设备之间进行协调控制；另一方面，有效利用光伏电站对配电网的无功配置能力，可以与相关科研单位和设备制造厂家进行深入研究，充分发掘光伏发电中的无功调节能力，确保配网的区域电压能够稳定，使得整个电力系统的输配电质量获得进一步提升[3]。
5 结语
总而言之，光伏电站发电技术还处在完善阶段，随着光伏电站应用增加，其装机容量不断提升，严重影响配电网继电保护系统，电力企业必须认真分析和总结光伏电站对于接入配电网继电保护造成的影响，采取有效措施提升光伏发电性能，保障并網质量，从而推动电力事业的稳定发展。
【参考文献】
【1】舒逸石，管霄，赵炜.分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].华电技术，2013（07）：70-71+79.
【2】陶梅玉，余婕，钱军，等.光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].低压电器，2011（23）：37-41.
【3】慕锟.光伏电站并网对配电网继电保护的影响分析[J].科技视界，2015（05）：313+385.
【摘 要】在经济飞速发展的背景下，我国的资源和能源危机也在加剧，基于可再生能源的发展系统得到电力行业的重视和开发，大量的分布式发电系统接入配电网，其中光伏发电站依靠太阳能资源进行发电，在增加电能生产效率和质量的同时，也会造成一定的消极影响。论文对光伏电站进行了简单介绍，从继电保护方面分析了光伏电站并网对配电网的影响，并提出了相关改善策略。
【Abstract】Under the background of rapid development of economic， China's resources and energy crisis has intensified， the development system based on renewable energy is valued and developed by the power industry， a large number of distributed generation systems are connected to the distribution network， the photovoltaic power station relies on solar energy to generate electricity， and it will also have a negative impact when increasing the efficiency and quality of power production. This paper briefly introduces the photovoltaic power station， analyzes the influence of the grid of photovoltaic power station and the power distribution network from the relay protection， and puts forward the related improvement strategy.
【關键词】光伏电站；配电网；继电保护；影响；策略
【Keywords】photovoltaic power station； distribution network； relay protection； influence； strategy
【中图分类号】U665.12 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）12-0148-02
1 引言
太阳能是一种丰富的可再生能源，具有安全、清洁、分布广泛等特点，光伏发电能够有效利用太阳能实现电力能源的生产，符合现代化的节能环保理念。光伏发电站一般采用分布式的布置形式，作为配电网的重要补充，光伏电站不仅能够节约投资成本，还能够提高供电可靠性。随着光伏电站并网数量的增加，这种依靠太阳能等自然资源的发电方式对配电网的影响也逐渐显现出来。光伏电站并网后，配电网由原来的单电源系统转变为多电源系统，使得配网系统的潮流方向发生改变，原有的继电保护不能可靠动作，发生拒动、误动等情况，同时还会影响自动重合闸。因此，加强光伏电站并网对配电网继电保护影响的研究具有重要意义。
2 光伏发电站简介
2.1 光伏发电站优势
光伏发电站主要是利用光伏组件将太阳能资源转化为电力能源的一种发电系统。分布式光伏发电技术中应用到的发电机组具有良好的环境兼容性，能够在电力用户现场和附近的配电网中进行匹配安装。一般而言，光伏发电系统需要包括光伏电池板（由特殊材料制作的硅板）、电容适配器、主开关、核心逆变器、交直流变换器、蓄电池组、充电器等，在发电过程中，充电器具有MPPT功能，将光伏电池板产生的电能连接到蓄电池，同时蓄电池与电容适配器连接，对电能电容进行调控；与核心逆变器连接，确保电能与配电网的适配。光伏发电站能够与配电网或其他新能源网络进行有效调节，互为补给，不仅能够直接连接用户负载，还能够将多余电能储存运输到当地的公用电力网络中[1]。从运行成本分析，光伏电站的规模设置较为灵活，但是应用到的配件性能要求较高，因此发电成本较高，需要加强相关技术的完善和创新，实现光伏发电平民化。
2.2 并网结构
一般的配电网结构可以分为树干型、环网型、放射型，其中较为简单的结构就是放射型，具有接线简单、保护整定容易、扩充方便的优点，将光伏电站并入这种配电网络中，其基本结构框图如图1。图中的QF1-QF10为反时限过流保护断路器，QFa-QFe为带前加速自动重合闸断路器，QFiI-QFi2为自切装置。
3 光伏电站并网对配电网继电保护的影响
3.1 对电流保护的影响
本文参考图1，对光伏电站的影响进行分析。例如，图1中，如果A点发生短路故障，在光伏电站并网的情况下，光伏发电系统的短路电流变化。保护断路器QF6短路电流测量值不仅受光伏电站的影响，还会受到35kV等效模块的影响，与光伏电站并网前相比，这种数值大大增加，保护断路器QF6的灵敏度也相应得到提升。光伏电站并网对电流保护的影响主要包括以下两点：第一，对于非直接接地配电网，光伏电站的接入会造成短路电流的减小，在A点发生单相短路故障时，光伏电站提供给A点电流增加，短路电流达到反时限整定值，QF6动作，配电网不再具有单相短路短时运行的能力；第二，保护断路器QF10在A点发生故障时，也会得到光伏电站电能供应，如果光伏电站容量较大，QF10处电流将超过整定值，出现误动作的现象[2]。
3.2 对母线自切保护的影响
图1系统的进线端如果发生断路或断路故障，母线很可能与35kV等效配电网发生脱离，在光伏电站并网的情况下，光伏电站与二段母线的其余负载将会形成电力孤岛，但是光伏电站的输出功率常常受到环境因素的影响，导致处理调节效率降低，难以满足孤岛运行的电力需求，使得电力孤岛系统的电压幅值和频率随着光伏发电系统的负荷情况发生变化。对于母线自切装置而言，光伏电站并网造成的影响是：第一，当B点发生断路问题，二段母线光伏电站和负载形成电力孤岛，孤岛区域的电压得到提升，自切装置低压检测装置失去效应，难以达到自切要求；第二，当B、C点发生断路故障，二段母线光伏电站和负载还会形成孤岛效应，但是二段母线电压增加，一段母线电压降低，自切装置发生错误动作，导致孤岛效应增加。
4 分布式光伏并网对配电网影响的改善措施
4.1 完善技术标准与规范
针对光伏电站并网，需要对其技术标准和相关规范进行全面完善，电力企业要结合光伏发电的技术参数、控制功能、运行特点和抗干扰性能进行综合分析，从而确定光伏电站并网的规模大小、接线结构、布设数量等，同时，对电能质量、无功配置、电压等级等进行科学设定，使得光伏电站的并网操作有据可循。此外，对于光伏电站，还要加强调压设备、无功补偿装置和无功发生器的改进和完善，提升分布式光伏发电系统运行的规范性和标准性，减少对配电网原有运行状态的影响。
4.2 加强并网检测和运行评估
在光伏电站接入配电网后，电力企业要根据相关文件积极开展配电网和光伏电网的安全检测工作，严格根据《分布式电源接入电网安全规定》，执行对光伏电站的验电和故障排除工作。在实际工作中，电力企业要加强对光伏电站主要性能的重点检测，例如低电压穿越、电网适应性、有功功率输出特性、SVC性能、电能质量等方面的检测。同时根据接入配电网的技术规定，做好光伏电站接入设备的验收和评估工作，主要从以下几个方面开展评估实验：光功率预测系统建设和预测能力、全站涉网保护定值与低电压穿越的逻辑关系和低电压穿越能力等。
4.3 加强无功补偿研究
按照国家电网的有关规定，光伏电站并网需要加强无功补偿性能的研究，尤其是对于大型的光伏电站必须具备动态无功补偿能力。一方面，要针对AVC和无功设备容量进行全面研究和设置，使得光伏发电站并网后能够与配电网形成统一的无功控制系统，同时要对电容和电抗器等无功设备之间进行协调控制；另一方面，有效利用光伏电站对配电网的无功配置能力，可以与相关科研单位和设备制造厂家进行深入研究，充分发掘光伏发电中的无功调节能力，确保配网的区域电压能够稳定，使得整个电力系统的输配电质量获得进一步提升[3]。
5 结语
总而言之，光伏电站发电技术还处在完善阶段，随着光伏电站应用增加，其装机容量不断提升，严重影响配电网继电保护系统，电力企业必须认真分析和总结光伏电站对于接入配电网继电保护造成的影响，采取有效措施提升光伏发电性能，保障并網质量，从而推动电力事业的稳定发展。
【参考文献】
【1】舒逸石，管霄，赵炜.分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].华电技术，2013（07）：70-71+79.
【2】陶梅玉，余婕，钱军，等.光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].低压电器，2011（23）：37-41.
【3】慕锟.光伏电站并网对配电网继电保护的影响分析[J].科技视界，2015（05）：313+385.
