光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電流保護(hù)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(duì)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(guò)PSASP(電力系統(tǒng)分析綜合程序)仿真詳細(xì)分析了不同位置和容量光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)和自動(dòng)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(hù); 短路電流計(jì)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(huì)主辦。本刊宗旨是宣傳黨和國(guó)家的能源，水電建設(shè)方針政策，論述云南水電資源的開(kāi)發(fā)在國(guó)家能源開(kāi)發(fā)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(shí)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(guò)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(hù)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(jì)算

　　根據(jù)傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護(hù)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(shí)，光伏系統(tǒng)只對(duì)電流速斷保護(hù)產(chǎn)生影響。光伏并網(wǎng)對(duì)保護(hù)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(jì)算

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

　　在配電網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)1、3、4和6發(fā)生三相短路故障，流過(guò)節(jié)點(diǎn)和保護(hù)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(jì)算

　　當(dāng)光伏系統(tǒng)接入位置為保護(hù)上游，且短路點(diǎn)在保護(hù)下游時(shí)，由于光伏系統(tǒng)對(duì)短路點(diǎn)增流， 使得短路點(diǎn)短路電流增大。在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)6發(fā)生三相短路，進(jìn)行短路計(jì)算得出的結(jié)果如表3所示。

　　三、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)的影響

　　(一)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)電流保護(hù)的影響

　　(1)光伏系統(tǒng)位置對(duì)電流保護(hù)影響

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

　　節(jié)點(diǎn)4分別接入光伏系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于保護(hù)B1 和B2，光伏系統(tǒng)在保護(hù)的下游，若此時(shí)節(jié)點(diǎn)1發(fā)生三相短路，即在保護(hù)上游發(fā)生故障，由表3可知，光伏系統(tǒng)接入對(duì)短路點(diǎn)的短路電流增益很明顯， 并且隨著光伏系統(tǒng)距故障點(diǎn)的接近而增大。當(dāng)故障點(diǎn)在保護(hù)上游時(shí)，節(jié)點(diǎn)3接入時(shí)，流過(guò)保護(hù)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(diǎn)足夠近或光伏系統(tǒng)容量達(dá)到一定值時(shí)，很可能引起誤動(dòng);故障點(diǎn)在保護(hù)和光伏系統(tǒng)的中間時(shí)，短路點(diǎn)的短路電流增幅明顯，流過(guò)保護(hù)的電流主要由根節(jié)點(diǎn)提供，與不接光伏系統(tǒng)時(shí)相差不大;而故障點(diǎn)在光伏系統(tǒng)的下游時(shí)，流過(guò)保護(hù)B1、B2的短路電流反而比未接光伏系統(tǒng)時(shí)小，此時(shí)會(huì)降低保護(hù)的靈敏度。

　　(2)光伏系統(tǒng)容量對(duì)電流保護(hù)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(hù)的下游， 而短路點(diǎn)在保護(hù)的上游， 光伏系統(tǒng)會(huì)對(duì)故障點(diǎn)和光伏系統(tǒng)之間的保護(hù)產(chǎn)生影響， 當(dāng)光伏系統(tǒng)容量足夠大時(shí)會(huì)向短路點(diǎn)提供很大的短路電流而使保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。

　　(二)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)重合閘的影響

　　光伏系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后， 一旦保護(hù)因故障動(dòng)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(yùn)行， 但是將對(duì)自動(dòng)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(kāi)至重合閘動(dòng)作這段時(shí)間內(nèi)， 光伏系統(tǒng)與系統(tǒng)電源的電勢(shì)角會(huì)擺開(kāi)， 當(dāng)電勢(shì)角達(dá)到一定值時(shí)， 導(dǎo)致非同期重合閘， 進(jìn)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(hù)設(shè)備很可能誤動(dòng)， 使自動(dòng)重合閘失去迅速恢復(fù)瞬時(shí)故障的能力。同時(shí)， 沖擊電流也很可能對(duì)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(diǎn)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(huì)繼續(xù)對(duì)故障點(diǎn)供電， 進(jìn)行重合閘時(shí)， 光伏系統(tǒng)提供的故障電流阻礙了故障點(diǎn)電弧的熄滅， 引起故障點(diǎn)持續(xù)電弧， 可能導(dǎo)致原本的瞬時(shí)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(yáng)能利用的主要形式，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的大規(guī)模運(yùn)行， 對(duì)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(hù)帶來(lái)一些影響。本文結(jié)合某市實(shí)際配電網(wǎng)線路和保護(hù)配置， 在建立光伏發(fā)電系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上， 利用PSASP 對(duì)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(jìn)行了仿真分析，得出了光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)繼電保護(hù)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(yùn)行以及并網(wǎng)光伏發(fā)電的普及。