分布式光伏电源并入配电网的故障分析及保护措施

分布式光伏电源并入配电网的故障分析及保护措施

邢明辉

南京博铁科技有限公司江苏南京211100

摘要：随着国家向着环境友好型、资源节约型方向发展，新能源发电和可再生资源发电、太阳能电成为潮流发电趋势，分布式光伏发电就是太阳能发电的一种，光伏并网为配电系统带来了新的挑战，对配电系统的稳定性、安全性、可控性都造成了一定程度的影响，增加了配电电压的控制难度，发现光伏并网中存在的问题，并提出解决办法及保护措施是本文重点阐述的内容。

关键词：分布式光伏电源；配电网；电源故障

1光伏发电并网原理

1.1光伏发电原理

光伏发电是利用太阳能发电的一种发电方式，光伏发电的核心组成部分是太阳能电池组件中的光电二极管，该光电二极管是一种半导体材料，具有较好的使用性能，光伏发电是通过光电二极管半导体材料接受光能，然后将光能转化成电能，该效应称为光生伏特效应，将光能转化为电流，然后为配电系统源源不断的提供电能。

1.2分布式光伏发电并网

分布式发电并网的原理是通过光伏电池组件吸收太阳能，由功率追踪器记录电流并输出到逆变器中，多余的电能以直流电的形式存入到寻电池组中，再通过控制逆变器的使用，将蓄电池组中的直流电和直接通过光伏电池组产生的直流电转化为交流电，最后并入到交流电网中，完成光伏发电并网，国家配电局给居民用户配的都是交流电，不管是独立的光伏发电还是并网发电，逆变器的使用好坏，控制着并入电网的电能质量，影响居民用户点的质量。图1是分布式光伏发电并网的原理图。

2逆变型分布式光伏电源的故障特性

控制策略的不同会使逆变型分布式光伏电源产生不同特性的故障，例如非对称故障、影响电网电压质量、对称故障等故障，逆变型分布式光伏电源的控制系统公式如下：

由上述的逆变器光伏发电控制公式可得，首先是对第一种非对称故障的而言，由于并网点负序电压分量存在而导致的电流故障，该故障采用的控制办法是正、负序dq电流控制技术，因为在光伏发电的起始位置，电容量是非常小的，此时采用正、负序dq电流控制技术，对于配电网的庞大电压来说，影响力是非常小的，此处可以不猜用正、负序dq电流控制技术，但是在后续的进展中，光伏发电的电源容量逐渐变大，对配电网的电压影响力逐渐扩大，此时采用正、负序dq电流控制技术，对配电网的电压质量来说是非常有必要的，配电网的电压质量严重影响居民的用电水平。其次是对称电流故障，电流对称故障又称电流短路，当故障电流小于输出电流限值时，短路电流与电压成反比；当故障电流等于输出电流限值时，此时的功率随着电压的增加而增加；当短路电流小于输出电流限值时，此时的输出功率是不发生变化的，但是短路电流会发生跳跃性变化。其中当短路电流等于输出电流限值时，非对称电流故障的电压中含有负序分量和谐波分量，短路电流小于输出电流限值时，电压中不含负序分量和谐波分量。不管是对称故障还是非对称故障，采用的控制技术都是正、负序dq电流控制技术，防止光伏发电并网出现电流故障，可以提高配电网的电压质量，降低配网电压控制难度。

3逆变型分布式光伏电源的配电网保护配置

3.1逆变型分布式光伏电源的配电网典型结构

随着分布式光伏发电并入配电网中，配电网的电源分布结构发生了变化，由之前的放射状单电源结构变成了多电源结构，由于配电网的拓扑结构发生变化，导致电网潮流也同时发生了变化，配电网多电源结构的产生，致使对电网的保护配置提出了新要求，需要新的保护配置方案来保护电网电压的正常运行，因此电源结构使用的三段式保护配置方案不再适应新的多电源结构系统，经常性出现系统故障，为了解决该问题，通过对配电网保护配置方案的研究，专业的技术人员研究出了两种解决方案，两种方案都可以快速解决配电网系统故障，恢复正常运行。

第一种方案是，在发生系统故障时，可以选择将分布式光伏电源关闭，将多电源供电变成放射状单电源供电，此时的三段式保护配置方案可以正常使用，使配电网系统恢复正常状态，但是这种操作方法，只适合暂时性的使用，为了配电网系统的正常使用和长远发展考虑，应该另寻他法解决配电系统故障问题。

第二中方案是，根据分布式光伏电源发电并网的特性，研究出一套合适的配电系统保护配置方案，例如，当系统发生故障时，不需要切换电源结构，保证分布式光伏发电电源在线运行，构建一套新的配电网保护配置方案，实现配电网系统的稳定性和安全性，能够为居民用户稳定安全的供电，提高供电质量。

我国除城市配电网之外，其余的配电网均为放射状的单电源结构，由于分布式光伏发电电源的并入，导致配电网的电源结构发生了变化，改变了功率分布、节点电压和故障电流的特性等，如图3所示，

3.2逆变型分布式光伏电源的配电网保护整定与校验

实施逆型分布式光伏电源的接入量控制，并对接入点进行优化，可以规避逆变型分布式光伏电源带给配电网电流保护的影响。根据图3的仿真模型分析可知，当含逆变型分布式光伏电源的配网出现相间故障，故过流保护装置中的受接入量S的变大，导致出现先增加后减少的现象。所以，结合电流故障的特征，为了确保含逆变型分布式光伏电源的配网保护具有一定的选择性和高灵敏度，逆变型分布式光伏电源的上游保护动作所处的馈电线路于接入电源的上游层时，可根据以往的速断电流保护，进行整定、计算。那么，当接入电源处于下游层时，以逆变型分布式光伏电源的额度功率为输出端、以及0功率输出时短路电流最大的一方实施断流速断保护，并完成对限时电流的速断保护和整定计算。此外，还可以参考逆变型分布式光伏电源的额定功率、与其实际功率的大小来校对整定。

4结语

综上所述，文章以分布式光伏电源并入配电网为研究背景，分析了逆变式光伏电源的接入过程，优化了配电网电源的结构，并改善了配电网潮流分布及电流故障的特征，从而导致配电网的传统保护措施失去意义，保护装置也因此会有误动或是拒动的表象。通过对逆变式光伏电源接入配网结构的研究分析，明确了其结构类型及电流出现故障时的主要特征，从而可以更好的完成整定的设计优化，确保配电网的安全运行。

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