探究光伏的发电对策

1含光伏电源配电网保护方案

1.1保护方案1

根据光伏电源接人的位置将馈线2分成2个区域：光伏电源上游区域．由线路AB和BC组成；光伏电源下游区域．由线路CD和加组成。上游区域加装断路器5和保护装置5．下游区域需加装断路器3和保护装置3为了能在发生故障时较快地切除故障．以减小短路对光伏电源的破坏，引入反时限过电流保护。该保护克服了短路点越靠近电源．保护动作时间越长的缺点。整定原则：在最大运行方式下，下一级线路出口短路时．上一级保护的动作时限要比下一级保护高一个时间阶梯，保证其他运行方式下保护动作时限均能满足选择性要求。．点发生短路，保护4整定为瞬时动作，保护3动作时限比保护4高出一个时间阶梯。当光伏电源输出功率变小或退出运行时，保护3和保护4能够可靠配合。点短路时．保护2的动作时限比保护3高出一个时间阶梯出．

当光伏电源接人以后．保护2和保护3能够满足选择性要求。保护1处的反时限保护，按照相同方法与保护2进行时限上的配合。当系统和光伏电源同时存在时，在保护1、2、5处加装功率方向元件．保证各保护之间动作的选择性。保护安装地点附近正方向发生三相短路．由于母线电压降低至零．方向元件失去判别依据．导致保护拒动，方向电流保护存在动作的“死区”。因此，在光伏电源上游区域保护1和5处配置方向比较式纵联保护，它可以快速地切除保护范围内部的各种故障。考虑到光伏电源上游区域发生故障时．光伏电源输出功率较小或已退出运行．导致方向比较式纵联保护5处方向元件灵敏度不足．在保护5处配置弱馈保护。在保护1和5处设置重合闸功能．采用重合闸前加速保护方式．利用重合闸提供的条件加速切除故障。如果光伏电源上游区域故障是瞬时性的．重合闸动作之后就恢复供电：如果故障是永久性的，故障由过电流保护1或2有选择性地切除。保护l配置一般重合闸．保护5的重合闸功能在保护1判定为瞬时性故障时由保护1来启动．此时光伏电源存在，保护5重合闸需检同期。对于馈线1．按照传统的重合闸前加速或后加速方式的电流保护进行配置。保护动作行为：光伏电源上游区域内任一点发生故障时．方向比较式纵联保护两侧的方向元件判断为正方向．认为发生了区内故障．可靠动作断开保护l处和保护5处的断路器。随后保护1处断路器快速重合，如果是瞬时性故障，重合后故障消失。接着保护5处断路器重合．恢复对整条馈线的供电。如果是永久性故障，由保护1处和保护2处的反时限过电流保护选择性动作切除故障。光伏电源输出功率变小或退出运行，导致保护5处的方向元件灵敏度降低，由于保护5处装设了弱馈保护．可保证弱电源侧可靠动作。

当光伏电源下游区域内发生故障时，以重合闸前加速方式为例．首先保护3处的电流速断保护瞬时动作．随后重合。如果是瞬时性故障，重合后故障将消失：如果是永久性故障，则由保护4处或保护3处的反时限过电流保护选择性动作切除故障。光伏电源下游的反时限保护按光伏电源的最大出力来进行配合，当光伏电源的输出功率变小或退出运行时．光伏电源下游发生故障后有选择性地动作．不受光伏电源输出功率变化的影响．相邻馈线l发生故障时．光伏电源上游区域加设了方向元件．保护1和保护2不会误动作。保护5动作可能形成孤岛．含光伏电源的配电网与主配电网分离后．继续向所在的独立配电网输电，形成的孤岛对系统、用户设备、维护人员等造成危害，运行过程出现的供需不平衡损害电能质量．降低配电网供电可靠性。配电网需有事先策略来应付孤岛的出现．对此可进行孤岛的划分．以维持孤岛内功率平衡以及电压频率的稳定。孤岛是光伏并网出现的一种新的运行方式．

1.2保护方案2

在光伏电源上游线路两端电流保护加装方向元件，借助两端通信的方法来满足选择性要求。对光伏电源上游的线路、电源侧装设两段式方向电流保护，对侧不装设保护。方向电流保护I段电流定值，k按照系统最小运行方式下线路末端短路动作的原则整定．动作时间￡I-0s，即：，b=Krel^．盯i。(12)其中，‰取0．9；，k岫为线路末端短路的最小短路电流。方向电流保护Ⅱ段电流定值，坠按照躲开负荷电流的原则整定．动作时限取阶梯型．与常规的电流Ⅲ段整定原则相同。如图11所示．保护I段与相邻馈线保护I段构成通信单元．相邻馈线I段保护不动作开放本地馈线I段保护，反之．闭锁本地馈线I段。本地馈线I段保护动作且收不到闭锁信号就判为内部故障．跳开本侧断路器同时发送遥控信息到对端．使对侧断路器也跳闸．将故障隔离。光伏电源上游最末线路末端需装设方向元件．将线路的两侧保护构成通信单元．当出口保护I段动作且末端功率方向为正时．判为本地线路故障．跳开两侧断路器。光伏电源下游保护按三段式电流保护助增情况整定。保护动作行为：后，点故障时，保护l功率方向为正．电流I段动作；保护2功率方向为负，方向电流保护不动作．不给保护1发闭锁信号；保护1跳闸，同时发送遥控信息控制断路器2跳闸．将故障隔离。矗，点故障．保护1和保护2方向电流I段动作，保护3功率方向为负．方向电流保护不动作：保护2给保护1发闭锁信号．保护1不动作：保护3不向保护2发送闭锁信号．保护2判为内部故障．断开曰C两侧断路器．将故障隔离。同理，后，点故障时，保护2方向电流I段动作，保护4功率方向为正。判为线路CD内部故障．断开两侧断路器．将故障隔离。当有多个光伏电源接入时．保护的配置以及整定分析方法类似。本文提出的2种保护方案能有效解决文献中提到的保护问题。

2算例分析

10kV配电网参数为5。=600MV·A，仉=10．5kV；架空线路的参数为n=0．27Q／km，戈1_O．347Q／km，在每个节点处接人额定容量为5MV．A、额定功率因数为0．85的负荷。光伏发电系统的容量取6、12MV·A。配电系统如图12所示。利用PSASP对此系统进行仿真分析。仿真方案1：不接入光伏电源，馈线2上各保护流过的最大负荷电流以及相应的过电流保护定值。在系统最小运行方式下．馈线2各段线路末端发生两相短路时流过各保护的短路电流。接人PV最小运行方式下各段线路末端故障时．流过馈线2各保护的短路电流所示．光伏电源出力发生变化．当线路∞、加末端发生故障时，保护3、4能可靠动作切除故障。当线路BC末端发生故障时，光伏电源出力为O．方向纵联保护能可靠动作，随后保护1处的断路器重合．如果是永久性故障．保护2将可靠跳闸。当线路A曰末端发生永久性故障时．保护1能可靠动作。当相邻馈线始端发生故障且光伏电源出力最大时．流过保护1、2的短路电流分别为1．26kA和1．212kA，由于保护1、2处分别加装了方向元件，故它们不会误动作。仿真方案2：取系统最大运行方式下的阻抗X。血。=0．091Q，取最小运行方式下的阻抗X。一=0．126Q；取末端负荷阻抗为30+i15．7n，取光伏电源的容量为6MV．A。根据式(12)计算出保护l和保护2的I段整定值为：，乙，=5．44kA，，k=2．905kA。系统最大运行方式下，各线路末端三相短路时，流过馈线2的短路电流为：线路AB末端短路。故障电流为7．002kA；线路口C末端短路，故障电流为3．154kA：线路∞末端短路，故障电流为1．215kA：线路DE末端短路，故障电流为0．834kA。可知，线路AB末端故障后，保护1的方向电流I段动作，保护2的方向电流I段不动作．不向保护1发闭锁信号．则保护1跳闸．同时发送遥控信息控制断路器2跳闸，将故障隔离。通过实例分析．采用以上保护方案后．对于接有光伏电源的配电网．2种方案均能正确动作。

3结论

本文用PSASP对所提出的2种保护方案进行了仿真验证．结果表明保护具有良好的选择性。目前．青海省正在积极推进太阳能及产业的发展．今后的配电网将是含有大量光伏电源的网络，含光伏电源配电网的馈线保护方案必将得到越来越广泛的应用。

作者：李斌 袁越 单位：山西大学