探究分布式光伏发电的继电保护策略

探究分布式光伏发电的继电保护策略

孙汉斌

黄河上游水电开发有限责任公司  青海，西宁市  810000

【摘要】分布式光伏发电是利用太阳能光伏电池进行发电的一种新技术。文章首先对分布式光伏发电进行概述，其次探讨分布式光伏发电系统接入配电网对继电保护产生的影响，最后提出分布式光伏发电系统接入后配电保护不正确动作的解决对策，供相关研究、实践借鉴。

【关键词】分布式光伏发电；继电保护；配电网

1、分布式光伏发电概述

1.1概念

分布式光伏发电指的是利用光伏组件进行光伏发电的一种方法，其通常是以用户侧自发自用、多余电量上网为主要运行方式。分布式光伏发电可以对当地的太阳能资源进行充分利用，从而可以降低对煤炭、石油等传统能源的消耗。分布式光伏发电的适用范围较广，既可以应用于城市、乡村，也可以建设在山区、牧区。分布式光伏发电有着良好的发展前景。

1.2组成

分布式光伏发电是一种新兴的能源综合利用的发电方式。当前新能源的开发与利用已经成为生态经济建设的主要着力点与促进产业升级转型的重要推动力，在这样的背景下，分布式光伏发电作为太阳能开发与利用的一种实践成果，在我国有着良好的发展前景。分布式光伏发电系统倡导就近发电、就近转换、就近并网以及就近使用。可提高同等规模光伏电站的发电量，还解决了电力在长途运输、升压过程中的损耗问题，是一种高效、节能、安全的太阳能发电方式皿J。分布式光伏发电系统主要由蓄电池组、控制器、直流／交流逆变器、由光伏组件串联或并联组成的光伏方阵等部分组合而成。光伏组件是分布式光伏发电系统中的核心，光伏组件是由太阳能电池即光伏电池以并联或者是串联的形式连接起来并封装组成，其可以直接将太阳的光能转换成电能，且为直流电，可以直接利用，也可以使用直流／交流逆变器将直流电转换为交流电。也就是说，针对分布式光伏发电系统生产的电能，可即发即用，也能用储能装置如蓄电池等储存起来，有需要的时候可随时释放出来。

2、光伏系统接入对配网继电保护的影响

大规模光伏发电系统接入电网后，电网结构将由单一的辐射状结构转变为多电源结构，系统潮流流向发生大幅度变化，电网的潮流分布点也随着光伏发电投入的容量、位置的不同而发生改变，进而导致原有的继电保护设备受到影响当电网发生故障时，短路电流方向和大小的变化不仅会引起孤岛运行，而且会引起继电保护装置的误动作，如保护灵敏度降低、距离保护失灵、重合闸重合失败等。随着光伏并网容量的增加，传统的继电保护配置方案已不适用，这些问题将变得较为严重。对三段式电流保护的影响。凉山州大部分配电网都广泛使用三段式电流保护，当光伏发电接入后将使配电网结构变得更复杂，对三段式电流保护的影响最大。具体影响主要有以下三点：（1）影响保护的灵敏性。接入光伏系统前，如果配电网发生故障，只有电网输送短路电流，仅需要对系统自身的电流进行处理即可实现保护作用。但是接入光伏系统之后，如光伏并网点下游的线路发生故障时，光伏电源还会额外提供短路电流。原有的继电保护设备仅能够感应到系统所提供的电流，而光伏电站的短路电流无法进行感知，所以降低了保护装置的灵敏性。（2）影响保护准确性。当电网发生故障时，光伏电源将在很大程度上增加下游保护的短路电流，导致线路保护灵敏度降低，进而造成保护装置误动或拒动。（3）影响相邻线路动作。线路发生故障后，因故障点具有绝缘效果，随着光伏电源的接入，流向相邻线路的电流也会相应增加，进而扩大了保护范围，使得相邻的线路受到影响。

接入位置对继电保护的影响。光伏电源在始端接入。光伏电源的供电将大大增加短路点下游保护的故障电流，其增大的电流易造成继电保护误动。光伏电源在中段接入。当并网点介于保护设备和短路点之间时，光伏电源会减少流过保护的短路电流，容易造成保护拒动。光伏电源在末端接入。光伏电源接入对故障点上游处没有影响，但会在故障点的下游产生孤岛效应。接入较大容量对继电保护的影响。随着光伏并网容量的增加，因其分流作用，流经上游保护装置的短路电流不断减小，保护距离缩短；而流经下游保护装置的短路电流不断增大，容易造成误动，情况严重时还会波及下级线路的选择性。

3、分布式光伏发电的继电保护策略分析

3.1并网恢复及逆功率保护

在电网出现扰动现象时，光伏电站需要在电网频率和电压恢复正常状态之前，保持并网中断状态，在电压和电网平均数值恢复正常之后，光伏电站需要在延迟调整之后进行并网处理，延迟周期一般控制在20秒到5分钟之间，具体的延迟周期需要光伏电站结合其接入方式和容量大小以及分批并网的要求，由调度技术人员合理确定。中型以及大型的光伏电站需要遵循我国相关标准的要求进行操作，不能按照主观意愿进行并网。如果光伏电站利用的是不可逆的并网模式，需要将逆向功率保护装置合理设置，如果出现逆向电流高于额定值5%的情况，光伏电站需要在0.5~2秒之内切除相应的电网线路。

3.2孤岛及局部光纤差动保护

在防孤岛保护工作中，系统线路一侧的保护工作需要对故障线路优先切除，并且防孤岛工作能够对光伏电源有效进行处理，光伏电源容量超过一定数值引发的保护拒动或者误动现象能够有效避免。这种保护方法可以对接入故障配线的光伏电源进行针对性切断处理，而处于非故障快线上的光伏电源则能够始终维持电网系统的稳定运行。为了进一步降低瞬时故障干扰带来的影响，中压和低压的配电网需要将快速重合闸在馈线的首端进行设置，动作时限需要设置在0.2~0.5秒之内。如果身处故障线路的光伏电源未在第一时间完成脱网处理，快速重合闸动作很有可能会引发故障位置的电弧重燃，致使瞬时故障转变为持续性故障，很容易引发非同期的合闸现象，电气设备使用寿命会受到明显影响，意味着存在光伏电源接入的部位禁止使用快速重合闸。

考虑到分布式光伏电站会对传统的微机保护方式产生影响。相关部门需要以国内现行的技术标准作为出发点，利用局部光纤差动保护方法有效避免光伏发电受到阳光因素的影响，并且电流增加带来的保护灵敏度下降的问题能够有效处理，确保配电网的继电保护始终处于一种安全稳定的运行状态。

总结

我国实施的分布式光伏发电能够对国内储量较为丰富的太阳能资源有效进行利用，但实际上光伏系统在并入电网之后对于配电网的继电保护也会产生明显的影响，主要体现在三段式电流方面，接入位置的差异会带来继电保护影响程度方面的不同。为了保障光伏发电处于稳定运转状态，并降低对继电保护的影响，需要进行并网恢复以及逆功率保护，同时相关部门需要结合电网具体的运行状况，利用防孤岛以及局部光纤差动保护方法维护我国电网系统的安全稳定运行。

参考文献

[1]魏浩然. 分布式光伏发电对吕梁电网继电保护影响的研究[D].湖北工业大学,2021.

[2]雷显国.分布式光伏发电系统就地并网对配电网继电保护的影响研究[J].粘接,2021,46(05):159-163.

[3]梁宇文. 分布式光伏电源并入配电线路后保护研究[D].南京理工大学,2021.