浅析光伏并网对配电系统继电保护及安全自动装置的影响

浅析光伏并网对配电系统继电保护及安全自动装置的影响

边元森

（淄博职业学院，山东 淄博，255000）

摘要: 随着社会经济不断发展，生态系统被破坏的程度也越来越严重，不可再生能源在逐渐减少。在这样的背景下，电力企业开始也开始应用光伏电源。但是，就目前来看，光伏系统并网对配电系统继电保护及自动装置在成一定的影响。基于此，对光伏并网对配电系统继电保护及自动装置的影响进行分析。研究结果表明，光伏新能源并网后会导致线路电压产生变化，影响电网电能质量；光伏新能源并网功率越大，对电网各节点电压的升高作用越明显，同时会改变电网内的潮流分布；光伏新能源接入线路的首端、中端、末端等不同位置，会不同程度影响继电保护的灵敏性和选择性。

关键词: 光伏并网； 配电系统； 继电保护；自动装置；影响

从广泛意义上来看，电能是一种清洁能源，现阶段，电能在我国社会经济发展中的地位越拉越高，可以说，电能是推动社会经济发展的重要元素。在很长一段时间内，我国的发电方式主要为火力、水力发电，这种发电方式完全应用不可再生能源，导致我国煤炭资源逐渐枯竭。不仅如此，水资源的不具有较好的可控性。而我国社会对电力的需求在逐渐加大，传统的供电方式不仅无法满足现代社会的需求，更是严重的消耗了不可再生能源，破坏了生态系统。因此，将分布式光伏系统应用在电力行业，是时代发展下的必要举措。分布式光伏作为分布式电源的一种主要实现形式，不仅可以满足大电网运行和电力用户的要求，而且还可以弥补现有电网的不足。 但另一方面，由于分布式光伏接入，改变了电网原有的配电网络结构，在大力发展分布式光伏的同时，也给电网带来了一系列的技术问题。

一、分布式光伏接入带来的问题

传统的配电网特点是单电源供电，供电网络呈放射性结构，因此电网中所有的电气设计，包括继电保护的配置均是基于单电源进行的。在放射性结构的配电网中，只有单电源供电，当系统发生短路等故障时，只需断开系统侧的断路器就可以实行保护。由于分布式光伏的接入，配电网从传统的单电源辐射型网络变为接入有很多中小型电源的多电源网络。将影响传统配电网中的短路电流分布和继电保护动作配合。使得现有的保护配置和自动重合闸装置必须做出相应的调整。否则由于分布式光伏 的接入，必定会影响现有继电保护的选择性和灵敏性，从而对配电网及其电气设备的安全和稳定运行造成很大的影响。

二、 光伏并网对配电系统继电保护及自动装置的影响

2.1对线路保护的影响

一般来讲，不会有方向性器件安装在配电网的继电保护系统中，其原因在于，配电网具有一定的 特点，即电源单侧供电。因此，在将接在配电系统上后，一部分线路的供电方式会从单侧供电变为双侧供电，在这个阶段，电流的流动方向，是由负荷流动至供电系统。以此作为基础，如果将接在供电保护装置的下方时，无论在线路保护装置的任何一处发生故障，电流都必须要经过保护装置内，此时，由于没有任何方向性元器件在保护装置内，一旦电流超过最大限度，继电保护装置将开启保护程序，产生误动。

2.2对自动重合闸保护的影响

当电路在运行过程中发生短路故障并被继电保护设备切断后，电弧会自动熄灭。自动重合闸主要的作用防止线路发生跳闸时，阻断再次吸收的现象发生，是一种保护装置。通过自动重合闸操作， 大部分电路短路处的绝缘可以恢复正常，使电路重新投入工作。我国电力的线路结构是单侧电源结构，自动重合闸因其自身特点对电网起到了保护作用，减少了电网在运行中因短路故障而产生的损失。分布式光伏新能源并网之后，当电网系统和光伏电站之间发生故障，而且自动重合闸未在电流短路的故障点自动重合，分布式光伏新能源并网后电网会将电流源源不断地运送到故障处，从而使电弧二次燃烧，影响自动重合闸正常工作，致使整个电网系统造成重大事故。因此为了降低此类事故，需要对电网中的光伏电站进行及时控制，并在自动重合闸开始重合之前将其阻隔，且把反孤岛效应保护装置放在分布式光伏电站端。就目前来看，有非常显著的矛盾存在光伏发电系统与重合闸之间，在系统一端内，为了光伏发电系统能够在重合闸时间跳动的时间内瞬间跳出，应当适当的延长重合闸时间。因此，为了降低重合闸跳动时为光伏发电系统带来的冲击，需要将具有低压解列功能的装置安装在光伏发电系统的一端，以此确保无电压存在于系统的合闸期外。

2.3对配电网电压的影响

我们可以假设一下，如果将光伏的电源接在配电网上，配电网很有可能因此产生很大的电压，其原因在于，在接上的时候会发生谐振现象，同时，会有自激反应出现在发电机本身中。要杜绝此现象的发生，就要保证电源的负载足够，也就是在选择电源时，配电网要具有一定的稳定性，且处于正常状态。在配置电容补偿时，要对电压的大小加以掌控，避免在谐振发生过的位置上增加补偿电容。通过相关分析结果可以得出配电网中出现过高电压的主要因素，是由于孤岛效应的产生，对于电压，配电网内如果有孤岛效应的存在，必然对其产生较大的抵抗力，而此时，补偿电容的能够满足参数配置上的要求，从而导致各种形式增大的谐振电压出现。在将电源接入到配电网中时，如果发生异常现象，就会出现谐振反应，而主要产生此反应的两部分主要是由于发电机内部的抵抗电压能力，以及补偿电容的共同作用。

2.4配电网电流在光伏并网中的保护影响

光伏发电系统以太阳能作为基础中的反馈线电压通常为10 kv，一旦发生特殊情况，太阳能光伏电源的电流难以充分与配电网中的电流连接起来，而光伏电源容量远远多于配电网的电源容量，此时在无法确保继电保护设备在配电网中的正常运作，而造成此种现象产生的主要原因则是不正常运转电流受到光伏电源变化的影响会出现散，因而导致保护装置出现异常。不仅保护装置的灵敏度受到影响，同时保护范围也出现变化，由于光伏发电的异常，反馈线的上端区域保护会出现问题，如果反馈线的保护出现异常，则在一定程度上能够说明反馈线附近区域存在异常。除此之外，在反馈线的不同位置中，直接影响是受到光伏发电系统容量不同的作用，而出现的异常运转，由于位置的不同，灵敏度在反馈线中的彰显也受到严重影响。光伏发电系统在合并网后对电流保护区域而言，配电网的不同分配也会在此其中产生不同的区域变化，进而影响整个光伏发电系统。

三、结论

光伏新能源发电的飞速发展给常规能源注入了新鲜活力，但光伏新能源并网后对电网的继电保护等也发出了新的挑战。 尽管光伏电源并网在一定程度上优化了系统运行方式，使其更加灵活，但也让系统结构变得比以前更加复杂。光伏电源接入电网后随之带来的影响可以概括为以下三个方面：一是干扰电网的正常运行。光伏并网逆变器是多数光伏电站的核心部件，如果失去控制将导致电网中的谐波含量超标，进而影响电网的供电质量。二是影响电网的短路电流水平。光伏电源对短路电流的贡献在其大量接入系统后还有很多未知数需要进一步研究，它的故障特性需要人们更加细致深入的探索。三是降低保护运行的可靠性。光伏电站的大量并网使得现代电网结构不再以单电源辐射型为主，随着电气量特征的改变，传统的保护校验方法也无法保障现代电网的发展需求和安全运行。

参考文献：

[1] 周玉立，袁宏永.中国煤炭发电与光伏发电技术的经济性评估[J].技术经济与管理研究，2020（12）：97-102.

[2] 杨国清，薛雨，姚李孝，等.光热电站并网对新能源电网运行特性的影响研究[J].电网与清洁能源，2021，37（5）：134-139，146.

[3] 王献志，赵宇皓，周雪青，等考虑新能源接入的配电网继电保护研究[J].电子器件，2021，44（2）：339-345.

[4] 于永涛，李焕荣． 光伏并网对配电系统继电保护及自动装置的影响研究［J］.工程技术，2016( 7) : 104．

[5] 林涛声．光伏并网对配电系统继电保护及自动装置的影响研究［J］． 通讯世界，2016( 7) : 103－104．

[6] 熊玉倩.并网光伏电站的继电保护和安全自动装置配置［J］.电子技术与软件工程，2018( 11) : 247．

[7] 刘立群，刘天保，刘春霞. 分布式光伏接入配电网继电保护的解决方案［J］. 太原科技大学学报，2020，41（3）：165 - 169，175.