光伏發(fā)電并網(wǎng)對電流保護的影響分析

　　摘 要： 光伏系統(tǒng)的研究以光伏發(fā)電系統(tǒng)本身以及對外部電網(wǎng)的影響為主。本文分析并建立了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)模型， 通過PSASP(電力系統(tǒng)分析綜合程序)仿真詳細分析了不同位置和容量光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對配電網(wǎng)繼電保護和自動重合閘的影響，提出了相應(yīng)的解決方案。

　　關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電; 配電網(wǎng); 線路保護; 短路電流計算; 重合閘;

　　推薦閱讀：《云南水力發(fā)電》(雙月刊)創(chuàng)刊于1985年，由云南水力發(fā)電工程學(xué)會主辦。本刊宗旨是宣傳黨和國家的能源，水電建設(shè)方針政策，論述云南水電資源的開發(fā)在國家能源開發(fā)和國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用。

　　一、光伏發(fā)電系統(tǒng)模型

　　基于換流器并網(wǎng)的三相光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、逆變器及交流電路組成。其中， 交流電路由濾波器和變壓器組成。

　　二、含光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)短路故障仿真分析

　　(一)仿真系統(tǒng)圖

　　本文算例為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)并入某市實際配電網(wǎng)絡(luò)，在PSASP 中建立仿真網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)出口電壓為400V，通過升壓變壓器在10kV 配網(wǎng)并入主電網(wǎng)。圖中： B1、B2和B3為線路保護裝置。

　　圖1 含光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真系統(tǒng)圖

　　(二)不同位置和不同容量光伏發(fā)電系統(tǒng)接入短路計算

　　根據(jù)傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護配置情況，在快速切除光伏系統(tǒng)的前提下，配電網(wǎng)出現(xiàn)短路故障時，光伏系統(tǒng)只對電流速斷保護產(chǎn)生影響。光伏并網(wǎng)對保護產(chǎn)生的影響，主要取決于光伏系統(tǒng)的接入位置和容量。

　　(1)不同位置接入光伏發(fā)電系統(tǒng)短路計算

　　按光伏系統(tǒng)與保護的相對位置可分為光伏系統(tǒng)在保護的上游和下游，所謂的上游是指光伏系統(tǒng)對保護的相對電勢的方向與根節(jié)點相同，下游即方向與根節(jié)點相反。未引入光伏系統(tǒng)時，若分別假設(shè)節(jié)點1、3、4和6發(fā)生三相短路故障，流過節(jié)點和保護的短路電流如表1所示。

　　在配電網(wǎng)中，節(jié)點3和4分別接入額定容量為3MW 的光伏系統(tǒng)， 如圖1所示。分別假設(shè)節(jié)點1、3、4和6發(fā)生三相短路故障，流過節(jié)點和保護的短路電流如表2所示。

　　(2)接入不同容量光伏發(fā)電系統(tǒng)短路計算

　　當(dāng)光伏系統(tǒng)接入位置為保護上游，且短路點在保護下游時，由于光伏系統(tǒng)對短路點增流， 使得短路點短路電流增大。在節(jié)點4分別接入額定容量為1.5MW、3MW 和5MW的光伏系統(tǒng)，若節(jié)點6發(fā)生三相短路，進行短路計算得出的結(jié)果如表3所示。

　　三、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對繼電保護的影響

　　(一)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對電流保護的影響

　　(1)光伏系統(tǒng)位置對電流保護影響

　　圖1中，當(dāng)節(jié)點4接入光伏系統(tǒng)時，光伏系統(tǒng)在保護B3 的上游，若此時節(jié)點3發(fā)生三相短路，短路節(jié)點3短路電流的增加非常明顯，通過保護B3 的電流幾乎為0，對保護B3 無影響;若節(jié)點6發(fā)生三相短路，短路點短路電流增幅明顯，流過保護B3 的短路電流可保證其可靠動作，增加了保護的靈敏度。節(jié)點3和4接入光伏系統(tǒng)的情況相似。可見當(dāng)光伏系統(tǒng)在保護的上游，故障點在保護下游時，由于光伏系統(tǒng)對短路電流的助增作用，會增大電流速斷保護的靈敏度，但如果線路5-6為非終端線路，則相鄰下一級線路故障有可能使保護B3 失去選擇性，因此必須校核其速斷保護整定值。而且由表3和4可知，光伏系統(tǒng)距離故障點越近， 短路電流增加越明顯。

　　節(jié)點4分別接入光伏系統(tǒng)時，對于保護B1 和B2，光伏系統(tǒng)在保護的下游，若此時節(jié)點1發(fā)生三相短路，即在保護上游發(fā)生故障，由表3可知，光伏系統(tǒng)接入對短路點的短路電流增益很明顯， 并且隨著光伏系統(tǒng)距故障點的接近而增大。當(dāng)故障點在保護上游時，節(jié)點3接入時，流過保護B2 的電流接近其整定值，如果光伏系統(tǒng)接入位置距離故障點足夠近或光伏系統(tǒng)容量達到一定值時，很可能引起誤動;故障點在保護和光伏系統(tǒng)的中間時，短路點的短路電流增幅明顯，流過保護的電流主要由根節(jié)點提供，與不接光伏系統(tǒng)時相差不大;而故障點在光伏系統(tǒng)的下游時，流過保護B1、B2的短路電流反而比未接光伏系統(tǒng)時小，此時會降低保護的靈敏度。

　　(2)光伏系統(tǒng)容量對電流保護的影響

　　光伏系統(tǒng)產(chǎn)生逆向短路電流即光伏系統(tǒng)在保護的下游， 而短路點在保護的上游， 光伏系統(tǒng)會對故障點和光伏系統(tǒng)之間的保護產(chǎn)生影響， 當(dāng)光伏系統(tǒng)容量足夠大時會向短路點提供很大的短路電流而使保護誤動作跳閘。

　　(二)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對重合閘的影響

　　光伏系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后， 一旦保護因故障動作跳閘， 在光伏系統(tǒng)未從線路解列的情況下， 形成由光伏系統(tǒng)供電的電力孤島。這些電力孤島雖然能夠保持功率和電壓在額定值附近運行， 但是將對自動重合閘產(chǎn)生以下兩種潛在的威脅。

　　(1)非同期合閘

　　配電網(wǎng)形成電力孤島后， 在線路斷路器斷開至重合閘動作這段時間內(nèi)， 光伏系統(tǒng)與系統(tǒng)電源的電勢角會擺開， 當(dāng)電勢角達到一定值時， 導(dǎo)致非同期重合閘， 進而在光伏系統(tǒng)和系統(tǒng)電源之間形成很大的沖擊電流或電壓。在沖擊電流的作用下， 保護設(shè)備很可能誤動， 使自動重合閘失去迅速恢復(fù)瞬時故障的能力。同時， 沖擊電流也很可能對主電網(wǎng)和未解列的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的逆變器等設(shè)備產(chǎn)生致命的沖擊。

　　(2)故障點電弧重燃

　　當(dāng)配電網(wǎng)失去系統(tǒng)電源后， 未解列的光伏系統(tǒng)會繼續(xù)對故障點供電， 進行重合閘時， 光伏系統(tǒng)提供的故障電流阻礙了故障點電弧的熄滅， 引起故障點持續(xù)電弧， 可能導(dǎo)致原本的瞬時故障變?yōu)橛谰眯怨收稀?/p>

　　四、結(jié)論

　　光伏并網(wǎng)發(fā)電已成為太陽能利用的主要形式，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的大規(guī)模運行， 對配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和短路電流分布產(chǎn)生深刻影響， 由此給傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護帶來一些影響。本文結(jié)合某市實際配電網(wǎng)線路和保護配置， 在建立光伏發(fā)電系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上， 利用PSASP 對不同位置、不同容量的光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)生三相短路故障進行了仿真分析，得出了光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對繼電保護和重合閘的影響， 并提出相應(yīng)建議。有助于提高配電系統(tǒng)的安全可靠運行以及并網(wǎng)光伏發(fā)電的普及。