分布式光伏接入配电网继电保护的解决方案

分布式光伏接入配电网继电保护的解决方案摘要：分布式光伏发电电源与传统电源不同，具有分布分散、计量点多、接入 要求高、存在发电时间段等特点。越来越多的分布式光伏发电电源接入对线损治 理提出了新的挑战，特别是台区线损治理过程中，时常碰到基础台账正确而台区 持续高损的现象。本文对分布式光伏接入配电网继电保护的解决方案进行分析， 以供参考。关键词：分布式光伏；配电网；继电保护引言分布式光伏电源具有经济环保、发电灵活等优点，且可以利用地区丰富的太阳能资源产 生经济效益，符合国家能源发展战略和精准扶贫政策，发展前景广阔。分布式光伏电源通常 接入中低压配电网，其接入使得配电网结构从单一的辐射型网络转变为多源-荷共存的网络， 电网的潮流和电压分布等特征变得更为复杂。尤其对于配网薄弱、负荷多变的扶贫地区，更 容易引起电压偏差。增加了配电网安全运行的风险，也会出现由于光伏无法有效消纳而产生 的弃光现象。1 分布式光伏发电系统分布式光伏发电系统可以将光能转化为电能，进而实现发电，其作业环节提倡就近发电 并网、转换和使用，是一种新型高效发电模式。分布式光伏发电系统具备输出功率小、污染 小、发用电并存的优势，该系统的应用能够大大缓解用电紧张的问题，所以被广泛应用于配 电网当中。在实际作业环节，分布式光伏发电系统大多以单极式并网和两极式并网的形式并 网接入。其中，单极式并网主要有单极控制器控制，具备拓扑结构简单、元器件用量小、无 中间储能、节约成本和能量转化率高的优势，但存在控制器性能要求高和直流母线电压不可 控的缺陷。而两极式并网的控制器为内环电流控制器，其优势为交换环节独立控制、变流电 输入宽、逆变环节高效且输入稳定，但此模式的缺陷则是拓扑结构复杂、成本高和能量损耗 大。2 分布式光伏接入对配电网保护的影响(1) 假设在系统线路AB上的K1点发生短路故障，如上图所示，在QFO断开前，系统 短路电流由电源和分布式电源同时向故障点 K1 供应， QF1 上只流过系统电源提供的短路电流 小于K1处的短路电流值，QF1保护灵敏度降低。此外当QF1动作后，由于DG任会向K1点 提供短路电流，可能会使K1处的瞬时故障变为永久性故障；(2)假设在系统线路BC上的 K2点发生短路故障，在QF1断开前，系统短路电流由电源和分布式电源同时向故障点K2供 应， QF2 保护灵敏度增大。3 配电网电压控制措施配电网电压有功无功控制，通过有功和无功控制电压的方式主要有四种：(1)功率因 数控制，即根据配电网中有功功率调节无功功率，维持功率因数在一定范围内；(2)电压 下垂控制，即根据电压-无功的下垂特性，通过注入/吸收无功维持配电网电压在一定水平；( 3 )有功电压控制，即根据有功对电压的影响，通过增加 / 削减有功来达到控制电压的目的； (4)有功-无功解耦控制，即考虑有功、无功对电压的影响和分布式光伏电源的有功、无功 可调容量，通过分别调节有功和无功功率实现对配电网电压的控制，此种方式更为灵活且有 效性、经济性更好。4 解决方案分布式光伏作为分布式电源的重要成员之一，是最易于与城市建筑一体化的微电源，因 此，高渗透分布式电源的未来发展方向也只可能是分布式光伏海量接入配网。目前，分布式 光伏并网系统均已采用了孤岛检测策略，即并网电流、电压、频率和相位等信息均需要按照 一定时间间隔定期采集，其中系统逆变器的输出电流与光伏阵列的输出有直接关系，忽略掉 控制器和逆变器的损耗，光伏输出功率与并网功率是相等的。过功率，分布式光伏输出大于 用户端负载消耗，即分布式光伏并网且往配电网输送部分电能。线路上发生短路故障时，分 布式光伏并网端电流Ic必然有一个突然的增加，改变的大小与故障发生点距离线路始端的距 离有关，距离越远改变越小；同时，由于分布式光伏一般工作在最大功率点附近，即输出功 率是最大，当发生短路故障时，输出功率不可能进一步增大的情况下（此时光伏阵列输出最 佳电压和电流不变），并网电流Ic的增加必将导致并网电压Vc的下降；如果是光伏阵列输 出电压和电流变化导致的分布式光伏并网端输出突变则不在考虑；因此在孤岛检测的同时判 断分布式光伏并网端并网电压和电流的突变是否是因为光伏阵列突变导致的，是判定保护装 置是否动作的关键。如果并网电压和电流发生突变，并判定并不是应为光伏阵列由于遮蔽导 致的输出功率突降导致的，则计算故障电流Ik和故障区域，如果Ik大于Kklset，则保护动作, 否则，保持并网状态。其中，Kk是可靠系数，Iset是设定的动作电流。5 配电网仿真实现与分析基于配电网仿真模型，可以开展有关于分布式光伏发电系统与配电网交互影响的分析。 由于光伏发电系统的接入能提升节点电压，所以将会对配电网的电压分布情况产生影响。此 时，分布式光伏发电系统的发电处理与节点电压增幅成正比关系，而且该系统的接入也在一 定程度上降低了2 个节点之间的电压差。在系统接入后，负荷不同时配电网节点的电压值也 存在差异。比如，统一节点中，负荷为0.0006MW时，其电压升高幅为217.0U/V；负荷为 0.0007MW时，节点的电压升高幅为216.8U/V；负荷为0.0007MW时，节点的电压升高幅为 216.5U/V。由此可见，在分布式光伏发电系统接入配电网以后，线路的负荷越高，线路节点 的电压升高幅就越低，而且不同节点之间的压差也越小。同时，分布式光伏发电系统的接入 位置也会对电压节点的电压值造成影响。此时，配电网的电压分布情况深受入网位置影响， 分布式光伏发电系统的接入位置与配电网末端越接近，则节点电压提升的幅度就越大，为配 电网带来的安全风险也就越高。如果接入配电网末端的分布式光伏发电系统拥有较大的发电 容量，那么出现配电网电压越限的几率就会非常高，对电网运行而言十分不利。此外，在电 压变化过程中，线路阻抗也是一个十分关键的影响因素。在此环节，阻抗大小与电网线路的 长短和其导线横截面积大小息息相关；线路长、横截面小则线路的阻抗大。而在分布式光伏 发电系统接入后，阻抗越大电网当中的电压变化率就越高，即分布式光伏发电系统为电网电 压带来的影响就越大。结束语分布式光伏电源接入中低压配电网面临着光伏电源消纳和配电网安全运行的问题。在研 究光伏电源有功-无功解耦控制和配电网电压控制技术的基础上，将配电网电压状态分为正常 状态、预警状态和紧急状态，制定了分布式光伏电源和配电网的协调控制策略。利用 Digsilent软件平台，搭建了含分布式光伏电源的IEEE33节点辐射型配电网模型，对协调控制 策略进行了仿真验证。结果表明，提出的策略可以实现在分布式光伏电源最大消纳条件下的 配电网安全运行。研究成果可以为进一步提高分布式光伏电源的消纳能力与配电网安全运行 水平提供一定的技术保障。参考文献：1 印力群含分布式发电的配电网继电保护配置方案研究J.价值工程，2019, 38 （31）: 216-218.2 吴义纯，李铁柱，徐结红，房雪雷，秦晓佳，田彦.浅析分布式电源对配网继电保护 影响J.中国设备工程，2019（19）： 185-186.3 胡桂军，王东利，李飞，刘宁.分布式发电对配电网继电保护的影响J.通信电源技术, 2019， 36（09）： 229+231.4 王骁分布式光伏接入对配电网继电保护的影响J电气技术与经济，2018（06）： 14- 15.5 陈栋梁分布式发电对配电网继电保护的影响研究J.四川建材，2018, 44（12）： 190-191.