光伏发电接入配电网对继电保护的影响_许献丰

科技 视 界Science& Technology VisionScience & Technology Vision 科技 视 界科技 · 探索 · 争鸣0 引言随着光伏发电系统的日益成熟且成本越来越低 ， 光伏系统并网成为利用这一资源的最好方式 。 然而 ， 光伏发电有其自己的特点 ， 光伏发电系统的并网 ， 使配电系统从单系统放射状网络变为分布有中小型系统的有源网络 ， 改变系统的潮流分布 ， 进而影响配电网继电保护的合理性 ， 对配电系统的继电保护造成一定的影响 [1-2]。目前国内外很多学者已经对此开展了大量的研究工作 ， 主要包括光伏发电短路特性和计算模型 ， 分布式光伏发电系统及其接入位置 、接入容量的不同对配电网电流保护 、 重合闸 、 自动化策略的影响等内容 。 文献 [3] 针对用户侧光伏发电并网对配电网继电保护的影响进行了分析 ， 提出了继电保护配置方案以及保护整定原则 ， 为今后的工程应用提供一定的借鉴 。 文献 [4] 指出 ， 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 。 同时 ， 含分布式光伏发电的配电网不宜采用快速重合闸 。 文献 [5] 采用动态等值阻抗的建模方法 ， 将光伏发电站表示为戴维南等效电路来研究光伏电站接入配电网后的继电保护整点计算 。因此 ， 本文从理论上分析了光伏并网发电对配电网继电保护的影响 ， 包括光伏系统接入位置和接入容量 ， 并指出在今后配电网继电保护配置以及整定计算时 ， 需考虑并网光伏发电系统 。 本文的研究成果也为光伏并网发电的工程实施提供理论依据和技术支持 。1 光伏电源接入位置对继电保护的影响我国 10kV 配电网一般为单电源辐射形式并以三段式 电 流 保 护为主保护 ， 图 1 为 10kV 配电网基本接线图 。 设系统容量为 SS,系统电压为 ES,系统电抗 X S， 光伏发电系统容量为 SE,光伏发电系统电压为 EP, 等效阻抗为 X P。 各线路电抗值 为 X1、 X 2、 X 3、 X 4、 X5、 X6。 K1、 K2 、K3、 K4、 K 5、 K6 分 别 为 本 段 末 端 发生三相接地短路 。由 单 辐 射 网 络 结 构 可 知 ， 故障发生在图 1 所示配电网的 6 个不同位置时 ， 短路电流的变化方向是一致的 。 下面假设 K 2 处发生故障 ， 保护 2 处测得短路电流 I d2计算如下 ：I d2 = ESXS+X 1 +X2+ EPXP +X 1 +X2（ 1 ）很明显 ， 保护 2 处的短路电流明显增加 。 因此在 K 1、 K2、 K3、 K 4、 K 5、 K 6 发生故障时 ， 故障处的电流势必会增大 。 故障处电流不仅由系统提供 ， 还有光伏电源的影响 。 因此光伏电源在始端接入会使保护的范围扩大 、 降低保护的灵敏性 。 当短路电流增大到一定值时 ， 会使 I 段保护和下级的 I 段保护失去选择性 。情况严重时还会波及下级线路 II 段保护的选择性 。同样的方法可以分析光伏电源接入配电网中端或末端对继电保护的影响 。 光伏电源在中端接入会使相邻馈线保护的范围扩大 、 降低保护的灵敏性 。 当短路电流增大到一定值时 ， 会使 I 段保护和下级的 I段保护失去选择性 ， 情况严重时还会波及下级线路 II 段保护的选择性 ； 光伏电源在末端接入时 ， 会使相邻馈线的保护装置的保护范围变大 ， 灵敏性降低 ， 并有可能使相邻馈线的保护失去选择性 ， 当容量达到一定值时会使相邻馈线的保护失去选择性 。2 光伏电源接入对配网继电保护影响的仿真分析针对图 1 所示的 10kV 配电网在 PSCAD 仿真软件环境下进行仿真计算 ， 分析光伏电源接入对配电网继电保护的影响分析 ， 其中光伏电池等效电路图如图 2 所示 。在光伏模型中负载处电流方程为 ：I L =I ph -I d -I sh （ 1 ）光伏发电系统出口处电压方程为 ：UJ=UL +IL RS （ 2 ）UJ— 为光伏电池不计横向电阻出口处端电压 ；光伏发电接入配电网对继电保护的影响许献丰 1 王者玉 1 岳立海 2（ 1. 内蒙古欧蒙电力设备制造安装有限公司 ， 内蒙古 包头 014020 ；2.内蒙古科技大学信息工程学院 ， 内蒙古 包头 014010 ）【 摘 要 】 光伏系统并网接入时 ， 必定会改变原来配电网的拓扑结构 ， 传统配电网的继电保护已不能满足要求 。 因此 ， 研究光伏并网对配网继电保护的影响具有十分重要的意义 ， 推动光伏并网发电快速发展 。 理论上分析了光伏发电在不同接入位置与不同接入容量的情况下对配网继电保护的影响 ， 最后经 PSCAD/EMTDC 软件仿真验证了理论分析的正确性 。【 关键词 】 光伏发电 ； 配电网 ； 继电保护※ 基金项目 ： 包头市科技计划项目 （ 2014X1010 ）。图 1 含光伏发电的配电网接线图图 2 光伏电源并网系统结构图项目与课题37科技 · 探索 · 争鸣 科技 视 界Science& Technology VisionScience & TechnologyVision科技 视 界（ 上接第 24 页 ） 遇到的最大难题是教材问题， 教材匾乏问题已经成为制约制图类课程双语教学的瓶颈 。 教学直接采用原版教材不失为一种良策， 但工程制图这门课采用英文原版教材存在两个难题： 第一， 美国 、 英国 、 加拿大等国采用的是第三角投影 ,而我国采用第一角投影 ,直接使用原版教材就意味着要按照第三角投影来讲授课程， 这不符合国情 。 第二， 各国遵循的国家标准都不同， 美国采用 A N SI 标准， 日本为JIS 标准，而我国采用 ISO 标准，标准的不同造成授课中存在许多障碍 。 目前多数学校采用高校自编教材， 统揽这些教材， 尽管在英文撰写上经得起推敲， 但在编写思路上总脱不掉 “ 中文教材的英文译本 ” 的嫌疑， 失去了原版教材的原汁原味， 使学生没有接触到当前国外的教学模式和方法， 没有达到拓宽学生视野的教学目的， 在某种程度上失去了双语教学的意义 。 因此笔者认为在对原版教材内容进行取舍的基础上与中文教材进行整合应该是将来制图类课程双语教学改革的关键 。【 参考文献 】［ 1］ 李葱仙 ． 高校双语教学的多学科批评 [J]． 高等农业教育， 2005(9)： 60-63 ．［ 2］ 赵丽， 韩小茜 ． 浅析我国的双语教育 [J]． 文化教育， 2005， 34(5)： 196-199 ．［ 3］ 孙超平， 赵玮 ． 高校双语教学形成性评价体系研究 [J]． 合肥工业大学学报 (社会科学版 )， 2005， 19(5)： 34-39 ．［ 4］ 张全友 ． ISEC 项目中的通识教育反思 ——— 以许昌学院中外合作办学为例 [J]．文教资料， 2012(20)： 140-142 ．［ 5］ 范头姣， 吴焊， 唐英 ． 高校双语教学实施中的困境及对策 [J]． 湖南师范大学教育科学学报， 2009， 8(3)： 123-125 ．［ 责任编辑： 王楠 ］ＳUL — 为负荷 RL 两端电压 ；I L — 为负荷电流 。I L =I ph -A exp qBkT （ UL ＋I L RS ） －! “1 － UL ＋I L RSRsh（ 3 ）A— 为一定值 （ PN 结材料特性有关系数 ）；B— 为一定值 （ PN 结材料特性有关系数 ）；K— 为波兹曼系数 ；T— 为绝对温度 ；Rsh — 为考虑 PN 结缺陷的分路电阻 ； q 为电荷电量 ；I sh ＝ UJ/Rsh （ 4 ）I d ＝ A exp qUJBkT －# $1! “ （ 5 ）光伏并网发电采用增量电导法控制光伏电源输出最大功率 ， 其并网系统结构图如图 2 所示 。根据光伏阵列可以组成 5MW 、 10MW 、 20MW 容量的光伏发电系统 。 光伏系统接升压斩波电路 ， 并通过控制 IGBT 的导通率 ， 实现最大功率跟踪 。 后经 DC/AC 转换变流器实现并网 。 配电网线路参数见表 1 。表 1 配电网线路参数当光 伏 接 入 馈 线 末 端 时 ， 接 入 容 量 分 别 为 5MW 、 10MW 、 20MW时 ， 数据如表 2 所示 。表 2 光伏电源接入配网末端短路电流 (kA)当 K2 发生故障 ， 相比未接入光伏电源时流经保护 2 的短路电流增大 ， 并随着容量的上升短路电流增加的越多 。 流经保护的 4 处的短路电流值 ， 不随容量的变化而变化 。光伏接入馈线中端时 ， 接入容 量 分 别 为 5 、 10、 20MW 时 ， 数 据 如表 3 所示 。表 3 光伏电源接入配网中端短路电流 (kA)当 K2 发生故障时 ， 相比于未接入光伏电源的情况 ， 保护 2 处的短路电流增大 ， 保护 4 处为反向电流 。 当 K4 发生故障时 ， 流经保护 4短路电流变化不大 。 当 k5 发生故障时 ， 流经保护 5 处的短路电流增加 。当光伏接入馈线首端时 ， 接 入 容 量 分 别 为 5、 10、 20MW 时 ， 数 据如表 4 所示 。表 4 光伏电源接入配网首端短路电流 (kA)当 K2 发生故障时 ， 相比与未接入光伏系统时短路电流增大 。 当K4 发生故障使 ， 相比与未接入光伏系统时短路电流增大 。 并且随容量的增加短路电流值随着增加 。由以上的数据分析可知 ， 我们所做的理论研究是正确的 。 实验数据与理论分析相匹配 ， 验证上了理论分析的正确性 。3 结论本文通过理析和仿真分析计算了光伏电源电源接入配电网对继电保护的影响 ， 理论分析和仿真计算的结果一致 ， 并获得如下结论 ：（ 1） 光伏电源接在配电网的始端时 ， 其对配电网的短路电流有助增作用 。 短路电流变大 ， 对电流保护的 I 段保护范围扩大 ， 而 II 段保护又是根据下级线路 I 段整定 ， 所以 II 保护范围也相应扩大 。（ 2） 当光伏电源接在配电网的中端时 ， 当故障发生在本馈线光伏电源上游时 ， 光伏电源接入对相邻馈线不会产生影响 。 光伏电源会对下游继续供电 ， 并向短路处提供短路电流 ， 形成孤岛效应 。 此时 ， 接入的容量越大对本馈线故障处提供短路电流越大 ， 对相邻馈线 、 本馈线故障处保护的短路电流不会产生影响 。（ 3） 光伏电源接在配电网的末端时 ， 当故障是发生在本馈线上时 ，其对本馈线故障处上游短路电流没有影响 ， 但故障点下游处会由光伏电源提供反向的短路电流 ， 由于在故障段只有上游有保护装置 ， 所以下游会形成孤岛效应 。 光伏电源容量越大 ， 对故障点下游提供的反向短路电流越大 ， 由于没有保护方向性可能产生误动 。【 参考文献 】［ 1］ 石振刚 ,王晓蔚 ,赵书强 .并网光伏发电系统对配电网线路保护的影响 [J].华东电力 ,2010,38(9):1406-1409.［ 2］ 李斌 ,袁越 .并网光伏发电对保护及重合闸的影响及对策 [J].电力自动化设备 ,2013,33(4):12-18.［ 3］ 叶荣波 ,周昶 ,施涛 ,等 .用 户 侧 光 伏 发 电 并 网 对 继 电 保 护 分 析 [J]. 科 技 通 报 ,2014,30(1):158-162.［ 4］ 翟文杰 ,李建泉 ,吴小云 ,等 .分布式光伏发电对配电网保护的影响 [J].大功率变流技术 ,2013,5:21-26.［ 5］ 侯瑞鹏 ,杨明玉 ,李丽 .继电保护整定计算中光伏电站阻抗的计算方法研究 [J].内蒙古电力技术 ,2012,30(2):25-28.［ 责任编辑 ： 杨玉洁 ］线路名称 阻抗值 Ω 线路名称 阻抗值 ΩBC 0.81+j1.26 BF 0.81+j1.26CD 1.2+j1.87 FG 1.2+j1.87DE 0.7+j1.09 GH 0.7+j1.09故障位置测量位置光伏未接入接入配电网末端5MW 10MW 20MWK2 保护 2 0.72 0.79 0.87 1.03K4 保护 4 6.10 6.10 6.10 6.10故障位置测量位置光伏未接入接入配电网中端5MW 10MW 20MWK2保护 2 0.72 0.86 0.94 1.32保护 4 0 0.16 0.23 0.60K4 保护 4 6.10 6.10 6.10 6.10K5 保护 5 0.72 0.92 1.22 1.54故障位置测量位置 未接入接入配电网首端5MW 10MW 20MWK2 保护 2 0.72 0.85 0.96 1.36K4 保护 4 6.10 7.2 8.3 10.6Ｓ项目与课题38