并网光伏电站的继电保护和安全自动装置配置 万涛

并网光伏电站的继电保护和安全自动装置配置万涛摘要：太阳能作为一种清洁的可再生能源，具有能源来源广泛、环境友好、建设周期短、维护成本低等多方面优点，在世界各国被广泛应用于发电。光伏发电主要有集中式和分布式并网两种基本形式，由于我国光能资源分布的不均匀性，为了资源的充分利用，以大中型光伏电站集中式大规模并网发电成为了我国的主要利用光能的形式。光伏电站集中接入系统，不仅能充分利用太阳能，还可以集中管理与控制电能、削峰、补偿电网无功功率等，大大增加了系统运行方式的灵活性，提升了电网的供电可靠性。通过分析光伏发电并网对继电保护的影响，并阐述了分布式电源并网安全自动装置配置的相关原则。

关键词：并网光伏电站；继电保护；安全自动装置

1引言

并网光伏电站的配电网由原来的单电源系统转变为多电源系统，潮流方向发生改变，故障点电流增大，相应的节点短路水平也会受到影响，原并网光伏电站继电保护也可能出现拒动、误动等状况，同时还会影响自动重合闸，不能正常工作。因此，本文通过分析并网光伏发电对继电保护的影响，列举保护并网光伏发电继电的改善措施，阐述并网光伏电站安全自动装置配置原则。

2光伏发电系统概述

下图为典型光伏发电并网系统图。可以看出，光伏发电系统通常由光伏阵列、逆变器和交流电路组成。其中，滤波器和变压器是构成交流电路的主要组成部分。并网逆变器作为光伏发电系统与电网的关键接口，主要任务是将光伏阵列发出的变换范围较大的直流电变换为与电网电压相匹配的稳定交流电。尽管逆变器的分类方式多种多样，但是对于并网逆变器来讲，最常用的分类方法就是将PWM光伏并网逆变器分成单级式和两级式、电压源型和电流源型逆变器。大型光伏电站一般采用的是电压源型光伏并网逆变器单级式并网结构。

3并网光伏电站的继电保护研究现状

继电保护是保证电力系统安全稳定运行的重要保障。光伏电站大规模并入电网后，会很大程度上改变电网的结构，引起电网故障后的电气量特性发生较大改变，从而导致传统电网的故障检测方法及继电保护模式不能保证电网的安全稳定运行，这是光伏电站在实际应用中的的一大难题，同时也是限制光伏发电技术进一步发展的一大难题。主要表现在以下几个方面：

(1)光伏电站故障特征同传统发电机存在较大不同，导致馈入电网中短路电流特性复杂。由于受环境、气候等外界因素的影响，运行方式变化很大，严重加剧了电网的故障检测及保护整定计算的难度；(2)光伏电站的接入，使得电网成为多电源复杂网络，传统电网的保护存在着拒动、误动、自动重合闸装置非同期重合闸等突出问题，难以保证电网安全运行的要求；(3)目前针对光伏电站接入电网产生的影响的改进对策还不理想，有待进一步研究。

4光伏发电并网对电网继电保护的影响

随着光伏发电的引入，电网的形式已经从传统单电源的放射状链式结构逐渐变为分布有中小型电源的有源网络。电网的保护定值和机理都随着电网的变化发生了改变。并网光伏发电主要对电网继电保护造成了三方面的影响。第一，影响电流保护；运行灵活多变的并网光伏发电无法与灵敏度高、速度快的传统电网保护相兼容，一旦接入系统的光伏电站容量足够大时，原有继电保护设备的运转将会受到影响。光伏电源既能助长故障电流，又能使其分流，这就会影响流经保护装置的故障电流，一旦故障电流的大小发生改变，那么继电保护装置的保护范围、灵敏程度及配合度都会被影响。第二，影响自动重合闸；若光伏系统未解列，继电保护出现故障导致跳闸就会形成电力孤岛，虽然电力孤岛能够使功率和电压在额定值内运行，但仍然会影响自动重合闸。第三，影响变电站备用电源自投装置；一般情况在双电源供电系统中，若主供线路跳闸，10kV母线和110kV母线因孤岛效应依然带有电压，这使得备用电源自投装置无法达到检验母线无压的条件，因此备用线路不会运行，这会使地区负荷在较长一段时间内失去电压，并对非同期合闸造成影响。

5并网光伏电站继电保护改善措施

5.1并网光伏电站线路保护原则

当光伏电源连接到公用电网使用380/220V时，公共连接点和并联电源之间的断路器应当能够在短路时迅速离断，若碰到低压状况则实施闭锁，在失压情况时及时跳闸保护，及具有延时保护等功能。如果电压等级为35/10kV，光伏电源应使用“T”连接访问用户分配网络，并采用专线连接到用户变电站。

5.2并网光伏电站母线保护原则

向母线系统接入光伏电源时，可根据光伏电源本身是否自带母线决定有没有必要设专用的母线保护。校验系统侧变电站和开关站侧的母线保护之后，如果二者不符合要求，那么应配置保护装置，确保母线出现的故障能够迅速被切除。

5.3并网光伏电站同期装置保护原则

同步装置的配置在设计并网光伏电站接入时应为分布式电源。但如果分布式电源通过同步电动机，与并网光伏电站的配电网直接相连接，则应设置同期装置进行保护；如果为变流器类型，则不需要使用同期装置。

5.4并网光伏电站安全自动装置保护原则

当分布式电源接入35/10kV电压等级系统时，连接到并网光伏电站配电网的电源必须配备有安全自动装置，使得在紧急发生电压异常等情况时能够及时对并网光伏电站进行控制，并跳开断路器，减少风险。但如果分布式电源接入380/220V电压时，则不需要配备单独的安全自动装置进行保护。

6分布式光伏并网对配电网继电保护影响的改善措施

6.1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。

6.2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。

6.3加强无功补偿研究

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。

参考文献:

[1]王贤立,刘桂莲,江新峰.分布式光伏电站接入配电网继电保护配置研究[J].电气应用,2014,33(17):38-41+49.

[2]张尧,晁勤,王厚军,李育强,王一波.基于自适应分支系数的并网光伏电站接地距离保护[J].电力自动化设备,20