探讨光伏电站并网对配电电网继电保护的影响

张云生

摘要：指出了伴随着工业化改革进程的不断深入，突显煤炭、石油、天然气等可利用资源的减少以及人类生存环境日趋恶化的严重问题，为了实现可持续发展，以太阳能光伏发电为主的一大批可持续再生和各种绿色能源异军突起。从不断发展壮大的光伏电站并网入手，从工作实际出发，简要探讨了对配电电网继电保护的影响，谨供各位同仁商榷。

关键词：光伏电站；并网；配电电网；继电保护

中图分类号：TM77

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）14-0122-02

1 引言

清洁、廉价、可再生是太阳能所独有的特性，因此太阳能成为了当今世界最具潜力、适合大规模开发利用的能源。随着太阳能光伏电站技术的不断成熟，太阳能光伏电站并网也就成了太阳能利用和发展的主要方向和趋势。但是，伴随大量不同容量的光伏电站并入电网，改变了原有电网的结构，势必会对原有电力系统产生影响。

2 光伏电站并网发电的基本工作原理

利用太阳能组件接收太阳光能量产生直流电，通过逆变器和汇流箱的组合，把直流电转变为交流电，再通过变配电设备设施后，将其并入合适电压的电网。当然，还可以不通过变配电设备设施直接给负荷供电，配合装有蓄电池组用于储存多余的电能，待光伏组件不能提供电能时，由蓄电池组通过逆变器向负荷提供电能，这样的方式称之为独立光伏电站。笔者研讨的是光伏电站并网发电方式。

3 光伏电站并网发电的特点及发展

光伏电站具有容量可大可小、易于分散、布置灵活多变、建成后运维工作量小、易实现自动控制、不消耗煤炭、石油、天然气等不可再生能源、不产生废气、废水污染环境等特点，使得其成为当今世界新型能源的突出代表，得到了广泛的应用和发展。

容量从当初的几瓦、几十瓦发展到现在的10 MW、20 MW甚至更大。作为大电网、电厂集中提供电能的补充部分，光伏电站将成为新一代能源体系的重要组成部分，从而走向未来更为广阔的发展空间。

4 光伏电站并网发电对配电电网的影响

伴随大量不同容量的光伏电站并网发电，使得配电系统由原有的单一系统放射网络转变为分布有中型、小型系统的复杂网络。系统阻抗的改变将引起系统短路电流的变化，网络配置的增加将带来网络损耗、线路上潮流、系统电压等的变化，给系统的运行带来一列技术问题[1，2]。

5 光伏电站并网发电对配电电网继电保护的影响

目前，配电电网的继电保护配置大多以电流速断和过流延时保护为主，鉴于配电线路故障多为瞬时故障的特点，与之配套装有重合闸装置，使得线路供电的可靠性得以相应的提高。当光伏电站并入电网后，在配电网络侧发生故障时，如若并网的光伏电站未能及时与系统解列，并网的光伏电站则会向故障点提供短路电流，因此，会对配电网络的相关保护产生影响。

保护装置安装在光伏电站并入点与系统之间时，故障点也发生在此区域，流过保护装置的电流会大幅增加，提高了电流保护的灵敏度；而当故障点接近光伏电站并入点时，影响最大，甚至可能超过电流速断保护整定值而发生保护误动；故障点发生在光伏电站并入点与系统之后时，同样流过保护装置的电流会大幅增加，提高了电流保护的灵敏度，而且保护装置的安装位置距离光伏电站并入点越近，这种影响就越大。

保护装置安装在光伏电站并入点与系统之后时，故障点发生在光伏电站并入点与系统之间，或故障点发生在光伏电站并入点与系统之后保护安装位置之前时，流过保护装置的电流不会增加，对电流保护没有影响；故障点发生在光伏电站并入点与保护安装位置之后时，流过保护装置的电流会大幅增加，提高了电流保护的灵敏度，而且保护装置的安装位置距离光伏电站并入点越近，这种影响就越大，如果此时的线路为非网络终端，则下一级线路发生故障时可能会造成此电流保护失去选择性，因此应进行保护的重新整定计算。

随着光伏电站容量的从小到大，对光伏电站并入点与系统之间的短路电流会逐步减少，对此段的保护影响减少；而对并入点后部的保护装置提供的短路电流会逐步增大，加大了电流速断保护的保护范围，当光伏电站的容量增加达到一定数值，可以使得电流速断保护范围延伸到下一段线路而发生误动作，因此应该重新进行保护定值计算，提高灵敏度，防止保护误动。

在光伏电站并入电网后，配电网络保护动作跳闸，若光伏电站未与系统解列，就形成了只有光伏电站供电的孤岛运行方式。此方式下光伏电站虽然可以运行，但其电压、功率等参数已发生了变化，此时进行跳闸线路的重合闸则很容易发生非同期合闸，在光伏电站和系统电源之间产生较大的冲击电流或电压，致使保护装置误动，从而失去了重合闸装置提高供电可靠性的重要作用；当配电网络因故障而失去系统电源时，未从系统解列的光伏电站会继续向故障点提供电流阻碍了故障点电弧的熄灭，此时进行重合闸，引起故障点持续电弧，可能导致原本的瞬时故障变为永久性故障。在光伏电站侧装设检同期并网装置，系统侧装设无压检测装置，实现准同期合闸，避免发生非同期重合闸，同时在光伏电站侧装设低频率、低电压解列装置，在光伏电站未与系统解列孤岛运行时停止向故障点提供短路电流，瞬时故障点的电弧得以熄灭，保证重合闸动作成功，提高配电电网的供电可靠性。

6 結语

光伏电站并网是新兴的技术，必须对电站并入电网的容量和并入位置经过合理规划和设计，并进行合理的设备选型，在并网时间和技术约束条件得到满足的前提下，提高电力系统电网的运行可靠性，充分发挥光伏电站的环保和经济优势。笔者从实际工作出发，简要阐述了光伏电站的基本工作原理、特点、发展方向以及对配电网络继电保护的影响，但由于水平有限，定会有不当之处，欢迎各位同仁批评指正。

参考文献：

[1]石振刚.并网光伏发电系统对配电网影响的研究[D].北京：华北电力大学，2011.

[2]石振刚，王晓蔚，赵书强.并网光伏发电系统对配电网线路保护的影响[J].华东电力，2010，38（9）：1405～1408.