基于分布式光伏发电的配电网保护方案研究

来源:用户上传      作者:

　　一、引言
　　分布式光伏发电系统是指接入10（20）kV及以下电压等级、位于用户附近、所发电能就地消纳为主的利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳能转换为电能的发电系统。
　　分布式光伏发电的特点：
　　（1）分布式发电相对安全可靠;（2）分布式发电抗灾能力强;（3）非常适合于远离大电网的边远牧区、山区、海岛供电，也同样适用于有电网的地区电力供需平衡调节;（4）分布式发电主要采用可再生清洁能源，环境效益好;（5）无需远距离输送电力，成本低，效益高;（6）可以作为特殊移动电源使用;（7）调峰性能好，操作简单，启停快速，便于实现灵活调度;（8）组成微电网，与大电网即可互联，也可独立。
　　发展分布式光伏发电的理由：
　　（1）太阳能资源的特点是阳光普照大地，适于分散利用;（2）大型、超大型光伏电站建在远离负荷中心的西部荒漠地区，当地无法消纳;（3）远距离传输大型光伏电站的电力受到电网输送电力的制约;（4）分布式发电的储能问题比较好解决。
　　不论是集中式发电还是分布式发电，都需要供电稳定、可靠。分布式光伏发电利用太阳能，是人们利用清洁能源的重要手段。但是，日夜更替，天气无常，分布式光伏发电的出力不具备规律性，在接入公共电网后，需要公共电网作为备用。
　　二、分布式光伏发电对电网的影响
　　电能质量问题，主要包括谐波、直流分量、电压波动和闪变及三相不平衡等。这里强调一下谐波问题。光伏发电会对电网谐波污染。并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，过程中会产生高次谐波。特别是逆变器輸出轻载时，谐波会明显变化。在10%额定出力以下时，电流总谐波畸变率甚至达20%以上。因此，在光伏发电系统并网时需对谐波电压（电流）进行检测，是否满足国标的相关规定，如不满足，需采取相应措施。总电流谐波畸变率，畸变越厉害，电能质量越差。按照国际规范和要求，总谐波电流畸变率THDi不能超过5%，否则电网可以拒绝接入。业界的标准一般为2%～3%。按照动态的观点，如果目前电站的谐波畸变率为2%～3%，5年之后可能衰减到3%～4%，10年之后可能突破5%，这样电站有可能被禁止接入电网。随着分布式系统发电量在电网比重的增加，电网很可能提高THDi标准。
　　分布式光伏系统接入配电网引起电压波动和电压越限的主要原因是太阳辐照度的变化。周围环境温度一定时，太阳辐照度越强，光伏电源的输出功率越大，对电网电压的抬升作用越大，随着太阳辐照度的逐渐减弱，光伏电源的输出功率减小，电网电压下降。由于太阳辐照度变化引起光伏系统输出波动时会引起配电线路电压波动，严重时会出现电压越限的危险。
　　分布式电源接入后对电网的影响包括几个方面：
　　一是对电网规划产生影响。负荷预测是电网规划设计的基础，能否准确地预测负荷是电网规划的前提条件。分布式光伏发电的并网，加大了其所在区域的负荷预测难度，改变了既有的负荷增长模式。大量的分布式电源的接入，使配电网的改造和管理变得更为复杂。
　　二是不同的并网方式影响各不相同。①分布式光伏发电离网运行时对电网没有影响;②并网但不向电网输送功率的分布式光伏发电会造成电压波动;③并网并且向电网输送功率的并网方式，会造成电压波动并且影响继电保护的配置。
　　三是对电能质量产生影响。分布式光伏发电接入的重要影响是造成馈线上的电压分布改变，其影响的大小与接入容量、接入位置密切相关。光伏发电一般通过逆变器接入电网，这类电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生谐波污染。
　　四是对继电保护的影响。我国的配电网大多为单电源放射状结构，多采用速断、限时速断保护形式，不具备方向性。这种保护方式在现有的辐射型配电网上，能够有效地保护全部线路。但是，在配电网中接入分布式电源后，其注入功率会使继电保护范围缩小，不能可靠地保护整体线路，甚至在其他并联分支故障时，引起安装分布式光伏发电的继电保护误动作。
　　分布式光伏发电接入配电网后，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。当分布式光伏发电容量超过一定规模时，将明显改变网络的短路水平。分布式光伏发电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。分布式光伏发电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。
　　三、含分布式光伏发电的配电网保护方案
　　当配电网发生故障由保护动作切除故障线路后，若分布式光伏发电没有及时脱离系统，则分布式光伏发电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。主要可引起三方面的问题：
　　（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网电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，为了防止分布式光伏发电非计划性孤岛，当故障发生时，要求防孤岛保护在规定时间内动作切除分布式光伏发电，使其脱离配电网。保护动作和分布式光伏发电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分布式光伏发电、在保护动作后切除分布式光伏发电两种方案。当孤岛效应发生时，系统在0.2s以内能够检测电压和频率的变化情况，从而触发欠/过压欠/过频阈值，切除逆变器，停止运行。
　　四、总结
　　随着大规模分布式光伏系统接入电网后，对电网的影响日益突出，通过改善逆变器的控制策略和添加相应的检测设备改善光伏系统对电网的冲击影响，从而保证电网的安全可靠运行。
　　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】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）.
　　【7】徐莉. 分布式光伏发电系统对电网的影响与对策[J]. 军民两用技术与产品， 2016（14）.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14689717.htm