分布式光伏发电对配电网保护的影响_翟文杰

212013 年第 5 期收稿日期： 2013 - 04 - 10作者简 介： 翟文杰 （ 1981 - ） ， 男， 研究方向为光伏发电技术及工程。分布式光伏发电对配电网保护的影响翟文杰，李建泉，吴小云，管仁德，崔 坚（南 车株 洲 电力 机 车研 究所 有 限公 司 ， 湖南 株洲 4 1 2 0 0 1 ）摘 要： 分布式光伏发电接入配电网将影响馈线保护的灵敏性和选择性。文章研究了分布式光伏发电接入配电网后的保护方案，给出了不同情况下对短路电流产生助增或削减作用的理论分析方法。基于放射式配电网络、恒阻抗负荷模型，并将故障下的分布式光伏发电等效为受控电流源，进行了分布式光伏发电对配电网短路电流影响的 仿真 ， 仿真结果验证 了理论分析的 正确 性。关键词： 分布式光伏发电 ； 配电网 ；继 电保护中图分类号： TM615 文献标识码 ： AImpact of Distributed Photovoltaic Generationon Relay in Distribution NetworkZHAI Wen-jie ， LI Jian-quan ， WU Xiao-yun ， GUAN Ren-de ， CUI Jian(CSR Zhuzhou Institute Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001,China)Abstract: Sensitivity and selectivity of relay protection are influenced by distribution network grid-connected distributed photovoltaicgeneration. Therefore, a protective approach was studied in response to this problem and then a theoretical analysis method was provided forincreasing or reducing fault current under different situations. Based on radial distribution network and constant impedance load model, takingdistributed photovoltaic generation as a controlled current source, the impact of fault current of distributed photovoltaic generation ondistribution network was simulated and then the correctness of the theoretical analysis was verified.Key words: distributed photovoltaic generation; distribution network; relay protection文章编号： 2095- 3631(2013)05-0021-060 引言近年来， 为调整能源结构、 改善生态环境， 世界各国相继出台了鼓励分布式发电发展的法律法规和政策，光伏发电、 风力发电等环保能源受到越来越多的关注。其中， 分布式光伏发电 （ Di st r i but ed Phot ovol tai cGeneration， 以下简称 PV） ， 因其位于用户附近、 容 量小 、方 便接入 中 低压配 电 网 、 配置灵活 等 特点 ， 可 以 应 用 在工 业厂房 、 公 共建筑 以及 居民屋顶上 ， 避免 了 集 中 建设的 场地 限 制 因 素 ， 具 有 较高 的 经济效益 和 社会效益 。中 低压配 电 网一般 为 放射 式 单端 电源 供 电 系统 ，其电 流 、 功率 方向 不变 ， 继电保 护 的 配置也是基 于 单端系统设计 的。 PV 并入配 电 网后 ， 将会 改 变配 电 系统原 有的 拓扑 结构和 潮流 ， 并可使之成 为多 端 电源 供 电的 系统 ， 即令 电 系统 发生 根本性 的 变化 [1 - 2] ， 将对配 电 网 规划 、 电 网 调 度 和 监控 、 电力 市场 、 电能 质量 、 继电保 护等 造成深刻影响 。本 文 开 展 PV 对配 电 网 继电保 护 的 灵敏性 和 选择性的 影响 研究。 基 于 放射 状链 式中 低压配 电 网 络 、 恒阻抗静 态 负荷模型 和 恒 功率 PV 电源， 结 合算例仿真 ， 分 析绿色能源与节能 HIGH POWER CONVERTER TECHNOLOGY22 2013 年第 5 期大 功 率 变 流 技 术了 PV 并网 运行 的 接入 位 置 、 与故障 点 的相 对 位 置对 保护影响 的 一般 规律。1 配电网保护配置、负荷和分布式 PV目前 ， 我 国的中 低压配 电 网 大都 是单 侧 电源、 放射状 配 电 网 络 ， 主馈线常 配置基 于 断路器 的 三段 式电 流保 护 ： 电 流 速断 保 护 、 限 时 电 流 速断 保 护 和 定时 限 过 电流 保 护 。 对不 存 在 与 相 邻线路 配 合需要 的 终 端 线路 ， 一般 采 用电 流 速断 保 护 和 定时 限 过 电 流 保 护 组 成 的 二段式电 流 保 护 ， 当 电 流 速断 保 护 按线路末 端 短路时 ， 有 灵敏度原 则 整 定 保 护 全线 。 对 分 支线路采 用 高压 熔断器保 护 。 上 述 电 流 保 护 均 不具 有方向 性 。考虑 到 80%~90% 的 配 电 线路故障都 是 瞬时 性 故障 ， 为了能 在 发生 瞬时 性 故障时快速恢复 对 线路 的 供电， 对 含架空线 的 线路常 配置 三 相 一 次重合闸装 置 。按重合闸与 保 护 的 配 合 方式， 分为 重合闸前加速 保 护和 重合闸 后 加速 保 护 。 在 线路故障时 ， 重合闸前加速保 护 首先无 选择 瞬时切除 整 条线路 ， 再通过重合闸恢复 供 电 ；若故障 为 瞬时 性 ， 则重合闸 后 恢复 供 电 ；若故障 为 永久 性 ， 则故障由 保 护选择性 切除； 一般 装 于35 kV 以下电 压 等 级馈线始 端 断路器 。 重合闸 后 加速保 护 首先 选择性 切除故障线路 ， 再重合闸 ， 若重合 于瞬时 性 故障 ， 则恢复 供 电 ；若重合 于 永久 性 故障 ， 则保 护 瞬时切除故障 。 重合闸 后 加速 保 护不会 像重合闸前加速 保 护一 样扩大停 电 范围 ， 但需 在 每个 断路器 上安 装断路器 ， 一般 用 在 35 kV 及以 上 电 压 等 级 配 电 线路 。为 便 于研究， 本 文 采 用 三 相 对 称 恒阻抗负荷模型 ，考虑 中 低压配 电 网 电 压特点 ， 不 考虑三 相 线路 互感 。所 述 PV指 单 个 并网点 （以下简称 POC点 ） 装 机容 量不 超 过 6 MW 的分布式光伏电源， 并 以 10 kV 及以下电 压等 级 并入 电 网 。2 含 PV的配电网故障特点PV 接入配 电 网后 ， 配 电 网 由 单 侧 电源的 辐 射 状 网络 变成 了多电源 互联 的 网 络 ， 潮流也不 再 单 向的 从 变电 站母 线 流 向 负荷 ， 而 中 低压配 电 网 的 传 统 保 护不具备 方向 性 。 当 PV 容 量 超 过 一 定 规 模时 ， 将 明显 改 变网络 的 短路 水平 。 PV 对 故障 电 流 的 助增或 分 流 作 用， 使流过 保 护 装 置 的 故障 电 流可 能 增 大 也可 能 减 小 ， 从而 改变 保 护 的 灵敏度 ， 使 保 护 出 现拒动 、 误动现象 ， 甚至失去 选择性 ， 并影响 重合闸装 置 的 动作 [3 - 5] 。PV 并网控制 通常采 用电 流 型 控制 模 式， 即 以 输 出电 感 电 流 作 为 控制对 象 ， 输 出和电 网 电 压 同频同 相的电 流 信号 ， 其 在配 电 网 故障 下的 控制 策 略 是 维持 故障前 后 输 出的 功率不变 。 考虑 单 回 10 kV 线路 的 输送 容 量一般 为 5~8 MW ， 所以位于用户附近的 单 个 PV接入 容 量一般不 超 过 6 MW 。 虽然 在 故障瞬 间 的 1～ 2 个周波内 PV输 出的 功率将 产 生 变化 ， 但通过 电力电 子 装 置 的调整，PV 输 出的 功率将 达 到 稳 态 并 与故障前 相 同 [6 - 7]。 故 稳 态时 可 以 把 PV 看做 恒 功率 电源， 短路 计 算 中 PV 提 供 的 短路 电 流 与 端 电 压成 反比 ， 可 看做 受 控 电 流 源。 但 是 当POC点 电 压低 于 一 定 程 度 时 ， PV逆 变 器 输 出的 稳 态 短路电 流 达 到 上 限 不 再 增 大 ， 一般不 超 过 1.5～ 2 倍 的 逆 变 器额 定 输 出电 流 ， 这 主要 受 并网 逆 变 器 内部 功率 器 件 过流 保 护 的限 制 。 因 此 在 同 等 渗透 率 下， PV 向 系统 提 供的 短路 电 流 要 远 小 于 同步 机等 旋转 型 电源 提 供 的 短路电 流 。3 含 PV的配电网保护方案当 配 电 网 发生 故障由 保 护 动作 切除故障线路 后 ，若 PV 没 有及 时 脱离 系统 ， 则 PV 与 供 电 区域内 的 周边 负荷 可 能 形 成一 个非 计划性 孤岛 ， 十 分 不 利 于 系统 的 安全运行 。 主要 可 引起 3 方 面 的 问题 ：（ 1） 若 孤岛 不具 备自身 控制 和调 节 功 能， 则 孤岛内的 供 电电 压 和 频 率将 失去参 考 而波动 ， 因 而损害 用电设 备 。（ 2） 孤岛形 成后 ， 其 存 在性 和 供 电 范围都 不可 知 ，可 能 使 已被 切除 脱离 电源的 线路 依 然 带 有 危险 电 压 ，从而 威胁 电 网 检修人员人 身安 全 。（ 3） 当故障 消 除 、 电 网 恢复 供 电 时 ， 孤岛作 为有源系统并入 电 网可 能 非同 期 合闸 ， 产 生 合闸 冲击 可 损害开 关 设 备 ， 甚至 造成 合闸 失 败 。因 此 ， 为了 防止 PV 非 计划性 孤岛 ， 当故障 发生 时 ，要 求防 孤岛 保 护在 规 定时 间内动作 切除 PV ， 使 其 脱离配 电 网 。 保 护 动作 和 PV 防 孤岛 保 护 动作 的 配 合 方 案 ，按时 间 先 后可 分为 防 孤岛 保 护在 保 护 动作 前切除 PV 、在 保 护 动作 后 切除 PV 两种 方 案 。3.1 线路保护动作前切除 PV方案此 时 ， 配 电 网 中 该 区域 所有 PV 的 防 孤岛 保 护 都先于 馈线 保 护 动作而 切除 PV ， 所以 网 络 中的保 护可 以保留 原 有的 配置 ， 即 保 护 动作 整 定 值 和 配 合 逻辑 不 受 PV接入系统 的 影响 。 10 kV 配 电 网 络 如图 1所 示 。 图 中， 馈线 3的 AE 段 距 A 节 点 60%处 f点 发生 三 相 短路故障时 ， 防孤岛 保 护 瞬时切除 PV1和 PV2， 则 配 电 网 络与 PV接入 前相 同 ， 线路 保 护 动作 不 受 影响 。232013 年第 5 期但 为了 确 保 线路 保 护 动作 之 前 及 时切除 PV ， 线路保 护 和 PV 的 防 孤岛 保 护 必须 有 严格 的 时 间 配 合 ， 而这将 延长 线路 保 护 动作 时 间 ， 不 利 于 故障 的 快速切除 和供 电 可 靠 性 。 另 一 方 面 ， 若故障时无 选择性 切除 所有 PV与 鼓励发展分布式能源 并网 的政策相 左 ， 既 损害 电 站运 营商 的 利 益 ， 也使 PV 频 繁投 切 不 断 冲击 电 网 ， 势必影响 周 围重要负荷 的 供 电 可 靠 性 ， 同 时 损害 PV 系统设备 使 用 寿命 。 因 此 ， 这 种 保 护 方 案 其 弊 端也较 多， 不 满足 分布式能源 应 用和 供 电 质量 要 求 。3.2 线路保护动作后切除 PV方案方 案 中， 线路 系统 侧 保 护 动作 首先 将 故障线路切除 ， 随 后 防 孤岛 保 护 动作 切除 PV， 故 PV 将可 能向 故障点 提 供 电 流 ， 从而 影响 线路速断 保 护 的 灵敏性 和 选择性 ， 当 PV 达 到 一 定 容 量 时 ， 可造成 保 护 误动或拒动 。如果图 1 中 f 点 发生 三 相 短路故障 ， 保 护 4 瞬时切除故障线路 ， 而 后 PV2 的 防 孤岛 保 护 检测 到 孤岛现象动作切除 PV2。 此 种 保 护 方 案 有 选择性地 切除 接入 故障馈线的 PV2， 非 故障馈线 2上 的 PV1始终 保 持 并网 运行 。 此 外 ，为了 减 小 瞬时故障 的 影响 ， 中 低压配 电 网 常 配置在 馈线首 端 快速重合闸 ， 动作 时 限整 定 为 0.2~0.5 s。 但 在 这么 短 的 时 间内 PV 一般 来 不 及 脱离 电 网 ， 我 国关于 并网逆 变 器 的 金太阳认证 中 要 求 ： “ 若 逆 变 器 并入 的电 网供电中 断 ， 逆 变 器 应在 2 s内 停 止 向电 网供 电 ” [8] 。 图 1中 若PV2未完 全 脱 网 ， 安 装 在 保 护 4的 重合闸装 置 动作 ， 可 能导致 故障 点 电 弧 重 燃 ， 使 瞬时故障 发展 成 永久故障； 还可 能 产 生 非同 期 合闸 ， 冲击缩 短 电 气 装 置 寿命 甚至损坏 。 因 此 在 有 PV 接入 的 配 电 区域 不 推荐 使 用 快速重合闸 ， 以有 利 于 PV 脱离 系统 [9] 。相 比 保 护 动作 前切除 PV ， 本 方 案 馈线 保 护可 瞬时切除故障 ， 并 有 选择性 切除 接入 故障馈线 的 PV， 优势 明显 ， 目前 接入 用户附近的 PV 一般 采 用 这 种 保 护 方 案 。3.3 含 PV的配电网短路电流分析含 单一 PV的 10 kV 配 电 网 络 如图 2所 示 ， 将 10 kV 及以 上 电 网 等 值 为 一 恒 压 源 Es， 系统 阻抗 为 Zs。 PV输 出 经变压 器 升 压后接入 节 点 E， 在配 电 网 故障 且 PV保 持 并网运行时 ， PV 等 效 为 一 电 流 为 I eq 的受 控 电 流 源。 编 号 1~6为保 护 装 置 。 在 最 大运行 方式下， 分 别 考虑 PV 上 游 、 下游 三 相 短路故障 和相 邻馈线三 相 短路故障时 ， PV 接入对流 过 保 护 的 短路 电 流 的 影响 。I eq=k1× IPV （ 1）式中 ： k1=1/ kT， kT 为 变压 器 额 定 变 比 ， 额 定 容 量 500 kW及以下 并网 逆 变 器 的 交 流 输 出电 压一般 为 0.27kV ， 故 k1≈0.026 ； IPV —— PV在 逆 变 器 输 出 侧 的电 流 ， PV按 不 参 与电 压 调 节 考虑 ， 以 单 位 功率 因 数 运行 在 最 大 功率点 ， 则， 其中 U PV 和 分 别 为 POC 点 电 压 和相位 角 。由 式 （ 1） 可 知 ：（ 2）式中 ： PPV N 、 UPV N 分 别 为 逆 变 器 额 定 功率 和 额 定 电 压 。为 便 于分 析 ， 取 ：I eq=2k1I PV N （ 3）在配 电 网 给 定时 ，为 定 值 ， 故 I eq 为 定 值 。3.3.1 同 一 馈线 上 PV 下 游 故障图 2中 F节 点 发生 三 相 短路故障 ， 其等 效 电 路 如图 3所 示 。 图 3中， ZAB、 ZAD 为相 应 馈线阻抗； ZAE 、 ZEF分 别 为节 点 A至 POC点 、 POC点 至 故障 点 的 阻抗； Ieq 为 故障 情况 下 PV 等 效 电 流 源 ； UPV 为 POC点 电 压 ； I PF为 POC点 至故障 点 的电 流 。为 便 于分 析 ， 在 F点 故障时 ， 忽 略 馈线 AB、 AD 的 负荷 电 流 。 简 化 等 效 电 路 如图 4所 示 。图 1 含 PV 的配电网络Fig. 1 Distribution network grid-connected distributedphotovoltaic generation图 2 含 PV 的配电网络Fig. 2 Distribution network grid-connected distributedphotovoltaic generation图 3 PV 接入配电网等效电路Fig. 3 Equivalent circuit of distribution networkgrid-connected distributed photovoltaic generation翟 文 杰 等 ： 分 布 式 光 伏 发 电 对 配 电 网 保 护 的 影 响24 2013 年第 5 期大 功 率 变 流 技 术从 POC 点 向 系统 方向 看 ， 图 4 为 一端 口 线 性网 络 ，其 戴 维 宁 等 效 电 路 如图 5 所 示 。在 图 4 所 示 参 考 方向下 ：（ 4）（ 5）（ 6）由 式 （ 4） ~式 （ 6） 可 知 ， 当 PV下 游 故障时 ， 流 过 其下游 保 护 5 的 故障 电 流 起助增作 用， 流 过 其 上 游 保 护 4 的电 流 起 削弱 作 用。 影响 大 小 主要与 两 个 因 素 有关 ： PV接入点 与故障 点 的相 对 距 离 （ ZEF） 和 PV输 出 功率 （ I eq） 。当 相 对 距 离 一 定时 ， PV 输 出 功率 越 大 ， 故障 点 电 流 越大 ， 而 系统 提 供 的 短路 电 流 越 小 ；当 PV 输 出 功率一 定时 ， 相 对 距 离 越 小 ， 故障 点 电 流 及 系统 提 供 的 短路 电 流均 越 大 。 故 PV 将影响 其下 游 电 流 速断 的 灵敏性 和 选择性 ， 使 保 护 5 的 灵敏度 增 大 ， 甚至 将 保 护 范围 延长 到下一 线路 ， 影响选择性 ；但 上 游 保 护 4 的 灵敏性 及 选择性则 不 受 影响 。将 式 （ 5） 改 写 为 ：（ 7）式中 ： 为 无 PV 接入 时 ， F 点 的 故障 电 流 ；为 PV 引起 的 故障 电 流 增 量 。当故障 点 越 靠 近 馈线末 端 （ ZAF 越 大 ） ， PV 接入点也越 靠 近 故障 点 （ ZAE 越 大 ） 时 ， PV提 供 的 故障 电 流 比 例 越大 ， 即 PV 对 其下 游 速断 保 护 的 影响也 越 大 。3.3.2 同 一 馈线 上 PV 上 游 故障PV 上 游 节 点 A 三 相 短路故障时 ， 系统 侧 网 络 在 故障 点 形 成 回 路 ， 流经 保 护 4的 短路 电 流 完 全由 PV 提 供 ，虽然 短路 电 流 方向发生了 变化 ， 但 因保 护 4 速断 保 护不具 有 选择性 ， 因 此 需考虑 PV 提 供 的 反 向 短路 电 流对 保护 4 的 影响 。 网 络 等 效 电 路 如图 6 所 示 。图 中 ：（ 8）式中 ： ZAE、 ZEG、 ZAG 分 别 是 节 点 A 至 E线路 、 E至 G线路 及负 载 、 A 至 G线路 及 负 载 的 阻抗； I PA、 I PG分 别 为 PV提 供的 至 故障 点 方向和 馈线末 端 方向的电 流 。由 公式 （ 3） 和式 （ 8） 可 知 ， PV 距 上 游 故障 点 愈 近，越 大； PV 输 出 功率 愈 大 ， 也 越 大 ， 但 不会 大 于。 若 小 于保 护 4的 速断 整 定 值 ， 则 PV 将不对 其 上 游速断 保 护 构 成 任何 影响 。3.3.3 相 邻馈线故障相 邻馈线 2的 AC 段线路末 端 C点 三 相 短路时 ， 网 络等 效 电 路 如图 7 所 示 ， PV 等 效 电 流 源 将对 故障 电 流 I AC起助增作 用。 为简 化 分 析 ， 忽 略 馈线 1的 负荷 电 流 ， 并对PV 支路 进 行 等 效变 换 ， 得 到其等 效 电 路 如图 8 所 示 。图 中 ：（ 9）（ 10）图 5 PV 接入配电网 戴维宁 等效电路Fig. 5 Thevenin′ s equivalent circuit of distribution network grid-connected distributed photovoltaic图 6 PV 上游 故障等效电路Fig. 6 Equivalent circuit of distribution network grid-connecteddistributed photovoltaic generation with upstream fault图 7 相邻 馈线故障等效电路Fig. 7 Equivalent circuit of distribution network grid-connecteddistributed photovoltaic generation with adjacent fault图 8 相邻 馈线故障 简化 等效电路Fig. 8 Simplified equivalent circuit of distribution network grid-connected distributed photovoltaic generation with adjacent fault图 4 PV 接入配电网 简化 等效电路Fig. 4 Simplified equivalent circuit of distribution networkgrid-connected distributed photovoltaic generation252013 年第 5 期式中 ： ZAG —— 线路 及 负荷阻抗 ， 一般 有 ZS<< ZAG ， 所以公式 （ 9） 、（ 10） 可 分 别 写 为 ：（ 11）Z′ s≈ Zs （ 12）则故障 点 C 处 短路 电 流 为 ：（ 13）式中 ： ZAC —— 线路阻抗 ， PV 对 故障 电 流 的 影响 与 ZS 的大 小 和 并网点 有关。 但 因 ZS一般 很 小 ， 所以相 邻线路故障时 ， PV对 故障 电 流 的 影响 很 小 ， 不会造成 相 邻线路首端 的 速断 保 护灵敏性 增 大 和 失去 选择性 。4 算例仿真本 文 采 用 PSCAD/EMTDC 建 立 图 2所 示 配 电 系统 模型 ， 考 察 PV接入对 保 护 装 置 动作 的 影响 。 最 大运行 方式下 10 kV 系统 等 效 阻抗 ZS=j0.424 8Ω ， 线路 单 位 阻抗 为(0.27+j0.35)Ω /km， 各 馈线均 带 有 3 MVA 恒阻抗负荷 ， 功率 因 数 0.95， 网 络 参 数 及 负荷 分布分 别如 表 1和 表 2所 示 。电 流 速断 保 护可 靠 系 数取 1.2， 当 PV 未 接入 时 ， 各保 护 的电 流 速断 整 定 值 I dz 见 如 表 3 所 示 。4.1 PV对下游保护的影响当 PV分 别 在 节 点 E、 F并网 时 ， 分 别 在 节 点 F、 G处 设置 三 相 短路故障 ， 改 变 PV 的 输 出 功率 ， 以 考 察 PV 容 量对 下 游 电 流 速断 保 护 的 影响 。 对应 PV不 同 的 输 出 功率 ，流经 E 点上 下 游 保 护 4和 5 的 故障 电 流 I AP 和 IPF 如 表 4所示 ， 流经 F点上 下 游 保 护 5和 6的 故障 电 流 IEP 和 I PG如 表 5所 示 。从 表 4、 表 5数 据 可 知 ， 无 论 是在 E点 或 是 F点接入 PV，当 PV 输 出 功率 逐渐 增 大时 ， 该 点 下 游 线路末 端 短路时 ，故障 电 流也 随 之 增 大； PV 输 出 功率 6 MW 时 ， 短路 电 流仍 小 于保 护 的 速断 电 流 整 定 值 ， 即 增 大 了 POC点 下 游 速断 保 护 的 灵敏度 和保 护 范围 ， 有 利 于 故障 的 快速切除 。PV对 下 游 速断 保 护影响 的 评价 指 标 如 表 6所 示 。 定义 来 表征 PV 接入对 速断 保护 的 影响 大 小 ， Ra 应不 大 于 速断 保 护可 靠 系 数 1.2。表 6中的 数 据 显 示 ， PV 容 量一 定时 ， 其越 靠 近 馈线末 端 ， 对 下 游 速断 保 护 的 影响也 越 大 ， 与 上 文中 理论 分析 的结 论 一 致 。 本 例 中， PV接入 馈线 10 km处 ， 目前 城 市配网 中 10 kV 电 压 等 级 的 供 电 半径 一般不 超 过 10 km， 故此 处 得 出的结 论 具 有 普遍意义 。4.2 PV对上游保护的影响当 PV分 别 在不 同节 点 E 和 F处 并网 时 ， 分 别 在 其 上游 节 点 A、 E处 设置 三 相 短路故障 。 输 出 功率不 同 时 ， 流表 1 电网 参数Tab.1 Grid parameters表 2 负荷分布Tab. 2 Load distribution表 3 电流 速断 保护 整定值Tab. 3 Setting values of current instantaneous tripprotection表 4 E节点 并网 F节点 故障 时 短路电流Tab. 4 Fault current at node F when distributedphotovoltaic generation connects node E表 5 F节点 并网 G节点 故障 时 短路电流Tab. 5 Fault current at node G when distributedphotovoltaic generation connects node F表 6 PV 对下 游速断 保护影响的 评价指标Tab. 6 Evaluation index of influence of PV ondownstream instantaneous trip protection线 路ABACCDAEEFFG长度 /k m1 2 （共 1 0 回 线路并 联）66557阻抗 / Ω0.324+j0.421.62+j2.1 01.62+j2.1 01.35+j1.751.35+j1.751.89+j2.45保 护 编 号2456I dz/kA2.4422.8761.5070.890节 点BCD负荷 /MVA321节 点EFG负荷 /MVA111P PV/MW00.5136I eq/kA00.0340.0680.1990.383I AP/kA1.2501.2381.2271.1881.143I PF/kA1.2561.2681.2801.3241.379PPV/MW00.5136I eq/kA00.0350.0700.1990.375I EP/kA0.7390.7280.7190.6900.665IPG/kA0.7420.7570.7710.8190.873PPV/MW00.5136F 点 故障 时 R a11.0101.0191.0541.098G 点 故障 时 Ra11.0201.0391.1041.177翟 文 杰 等 ： 分 布 式 光 伏 发 电 对 配 电 网 保 护 的 影 响26 2013 年第 5 期大 功 率 变 流 技 术经 E点上 游 保 护 4、 F点上 游 保 护 5的 故障 电 流 I EA 和 I FE如表 7所 示 。仿真 结 果 显 示 ， PV 上 游 故障时 ， 其 提 供 的电 流 与 距故障 点 的 远 近和其 输 出 功率 有关 系 ： 距 离 越 小 ， 输 出 功率 越 大 ， 相 应 短路 电 流也 越 大 。 但 对 比 表 7 和 表 3 数 据 ，PV 提 供 的 短路 电 流 远 小 于 该处 速断 保 护 的整 定 值 ， 不会造成 保 护 误动 。4.3 PV对相邻馈线保护的影响当 PV分 别 在 E、 F处 并网 时 ， 相 邻馈线 AC 末 端 三 相短路故障 ， PV输 出 功率不 同 时 ， 故障 点 电 流 如 表 8所 示 。由 表 8 数 据 可 知 ， 仿真 结 果 与 理论 的 推导 结 论 一致 ： 相 邻馈线故障时 ， 故障 点 电 流 受 PV的 影响 很 小 ， PV也不会影响 相 邻馈线首 端 速断 保 护 的 动作 特性 。5 结语本 文 基 于 放射 状链 式 配 电 网 络 、 恒阻抗静 态 负荷模型 ， 通过 理论 分 析 及 仿真 验 证 说 明 了分布式光伏发电 对 中 低压配 电 网 电 流 保 护 的 影响 ， 得 出以下结 论 ：（ 1） 分布式光伏发电 接入 中 低压配 电 网后 ， 将对 电流 保 护 的 灵敏性 和 选择性 产 生 影响 ， 影响 程 度 与 光伏电源的 接入 位 置 、 装 机容 量 有 紧密 的关 系 。（ 2） 含 分布式光伏发电的 配 电 网不 宜 采 用 快速重合闸 。（ 3） POC 点 下 游 故障时 ， 受中 低压网 络 供 电 半径 和装 机容 量 限 制 ， 分布式光伏发电 一般会 增 大 下 游 保 护的 灵敏性 ， 而 不会使 其 失去 选择性 。（ 4） POC 点上 游 故障时 ， 分布式光伏发电 不会造成上 游 保 护 误动 。（ 5） 相 邻馈线故障时 ， 分布式光伏发电 提 供 的 短路电 流 很 小 ， 可 以 不计 。参考文献：[ 1 ] 梁才 浩 ， 段 献 忠． 分布 式发 电 及其 对 电 力 系统 的 影 响 [ J ]. 电力 系统 自动 化 ， 2001 ， 25(6) ： 53 - 56.[ 2 ] 王志群 ， 朱守 真 ， 周 双喜 ， 等 .分布 式发 电 对 配 电 网 电 压 分 布的 影响 [J]. 电力 系统 自动 化 ， 2004 ， 28(16) ： 56 - 60.[ 3 ] 王希舟 ， 陈鑫 ， 罗龙 ， 等 .分布 式发 电 与 配 电 网 保 护 协 调 性 研究 [J]. 继电 器 ， 2006 ， 34(3) ： 15 - 19.[ 4 ] 温 阳 东 ， 王欣 . 分布式发电 对配 电 网 继 电保 护 的 影响 [ J]. 继电器 ， 2008 ， 36(1) ： 12 - 14.[ 5 ] 刘森 ， 李盛伟 ， 李 永 丽 . 逆 变 型 分布式电源 对配 电 网 保 护 的 影响 [C]//2007 年中国继电保 护 及 自动 化 行 业 年 会 . 南 京 ， 2007.[6] Baran M ， EL-Markaby I. Fault analysis on distribution feederswith distributed generators[J]. IEEE Trans. on Power Systems ，2005 ， 20(4) ： 1757 - 1764.[7] EL-Markaby I. Control and protection of distribution networkswith distributed generators [D]. Raleigh ： North Carolina StateUniversity ， 2004.[8] 北京鉴 恒 认证 中 心 . CGC/GF004:2011 并网 光伏发电 专 用 逆变 器 技术 条 件 [S].2 01 1.[ 9 ] 谢昊 ， 卢 继 平 . 重合闸 在 分 布式发电 条 件 下的 应 用 分 析 [ J]. 重庆 大 学学报 ， 2007 ， 30(2) ： 30 - 33.表 7 PV上游 故障 时提供 的电流Tab. 7 Fault current caused by downstream PVPPV/MW136I EA/kA0.4180.4490.531IFE/kA0.1520.2250.364表 8 相邻 馈线故障 时 的短路电流Tab. 8 Fault current of adjacent feederPPV/MW00.5136在 E 点 并网 IAF /kA2.0352.0362.0372.0402.042在 F 点处 并网 I AF /kA2.0352.0362.0372.0402.040（ 上 接 第 20页） 最 后对 该 电 站 采 集 的 一 年的 逆 变 器电 量 数 据进 行 了分 析 统计 ， 采 用了 包括欧 洲 效率 与加州 效率 各 功率点在 内 的 共 7个 功率点对应 的 转 换 效率 为加 权 因 子 ， 并根 据 统计 结 果给 出了 加 权 系 数 ， 得 出了 一个 适 合 评估 应 用于 该 地 区 的 逆 变 器 的 转 换 效率 加 权 公式。 对 比 欧 洲 效率 加 权 公式 可 看 出， 二 者 存 在较 大 差异 ， 因 此 欧 洲 效率并不 完 全 适 用于 评价 我 国的 逆 变 器 。本 文 推导 出了 转 换 效率 加 权 公式， 其 对 于 与 尚义 地 区具 有相 似 光伏 资 源 条 件 的 Ⅱ 类 资 源 带 的光伏电 站 建设具 有 一 定 的 参 考 和 指 导 意义 。 由 于 目前 获 得 的 数 据尚有限， 因 此 需要 在 今 后 工 作 中， 结 合 更 多的 应 用 范例 和数 据 积累 ， 进 一 步 对本 文分 析 的光伏 逆 变 器 转 换 效率加 权 公式 进 行 修 正 和 完 善。参考文献：[ 1 ] 陈 正洪 ， 李 芬 ， 王丽 娟 ， 等 . 并网 光伏 逆 变 器 效率变化特 征 及其 模型 研究 [J]. 水 电能源 科 学 ， 2011 ， 29(8) ： 124 - 127.[2] EN 50530:2010 Overall efficiency of grid connected photovoltaicinverters[S].[ 3 ] 李 菊欢 . 关于光伏 并 网 逆 变 器 “ 效率 ” 的 探讨 [ J]. 电 子 质量 ，2010(8) ： 64 - 65.[ 4 ] 北 京 鉴 衡 认 证 中 心 ， 国 家 继 电 保 护 及 自 动 化 设 备 质 量 监 督检 验 中 心 ， 中国电力 科 学 研究 院 ， 等 . CGC/GF004TM.1:2012.并网 光 伏 发 电 专 用 逆 变 器 试 验 方 法 [ S ].[ 5 ] 钟史 明 . 太阳 能 资 源、 光伏发 电 现 状 与 预 测 [ J ]. 沈 阳 工 程 学院 学报 ， 2012 ， 8(4) ： 294 - 299.[ 6 ] 陈 芳 ， 周 陆 生 . 玉树 地 区 太阳 总 辐 射 量 的 变化特 征 [ J ]. 青海环境， 2002 ， 12(2) ： 47 - 49.