陽 康

光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線重合閘配合方式研究

陽 康

針對(duì)光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線發(fā)生故障時(shí)光伏電站側(cè)保護(hù)重合閘很少動(dòng)作成功這一問題，本文根據(jù)光伏電站的控制方式和孤島效應(yīng)，分析了光伏電站側(cè)保護(hù)重合閘采用“檢同期”方式難以動(dòng)作成功的原因，以此提出了一種光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線重合閘配合方式，該方式對(duì)提高光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的供電可靠性具有重要意義。

根據(jù)DL/T 584-95《3 kV～110 kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》，對(duì)于雙側(cè)電源線路的重合閘配合方式，原則上大電源側(cè)采用“檢線路無壓”的方式，小電源側(cè)采用“檢同期”方式，這種配合方式可以防止對(duì)小電源造成非同期沖擊，在現(xiàn)場得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線采用該方式時(shí)，光伏電站側(cè)重合閘卻往往難以成功。針對(duì)該問題，根據(jù)光伏電站的控制方式和孤島效應(yīng)，對(duì)光伏電站側(cè)重合閘采用“檢同期”方式難以動(dòng)作成功的原因進(jìn)行分析，以此提出光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線重合閘的配合方式，以保障光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線供電可靠性。

基本理論

光伏電池的最大功率跟蹤

光伏電池的利用率不僅與光伏電池的內(nèi)部特性有關(guān)，還與輻照度、溫度和負(fù)載等外部因素有關(guān)。圖1為輻照度不同（溫度相同）條件下光伏電池P-U特性圖，該圖呈現(xiàn)出典型的類拋物線特征，溫度不相同（輻照度相同）條件下光伏電池P-U特性圖也呈現(xiàn)出類似特征，由此可知光伏電池可運(yùn)行在不同且唯一的最大功率點(diǎn)上。為了盡可能的提高光伏電池的利用率，需實(shí)時(shí)地跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)，具體可以采用擾動(dòng)觀測法和電導(dǎo)增量法等方法實(shí)現(xiàn)，其中擾動(dòng)觀測法思想相對(duì)簡單，容易理解：首先擾動(dòng)光伏電池的輸出電壓，然后觀測光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢連續(xù)改變擾動(dòng)電壓方向，使光伏電池最終工作于最大功率點(diǎn)。

光伏電站的孤島效應(yīng)

圖2是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率流圖，該光伏發(fā)電系統(tǒng)通過變壓器和聯(lián)絡(luò)線并入電網(wǎng)，P、Q為光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功和無功，PLoad、QLoad為負(fù)載需求的有功和無功，ΔP、ΔQ為電網(wǎng)向負(fù)載提供的有功和無功。

根據(jù)能量守恒定律，PCC（Point of Common Coupling）處的功率符合如下規(guī)律：

當(dāng)電網(wǎng)斷開時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與負(fù)荷有功功率、無功功率不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)電壓和頻率的變化。將系統(tǒng)負(fù)載等效為并聯(lián)RLC負(fù)載，則系統(tǒng)頻率和電壓將按照如下規(guī)律變化。

圖1　輻照度不同（溫度相同）條件下P－U特性圖

圖2　并網(wǎng)光伏電站的功率流圖

原因分析及配合方式

實(shí)際運(yùn)行的光伏電站，其逆變器往往配備被動(dòng)式反孤島保護(hù)功能，即過/欠電壓、過/欠頻率反孤島保護(hù)。另外，光伏電站的控制方式與常規(guī)能源有較大的差異，一般有功功率采用最大功率跟蹤控制，無功功率采用單位功率因數(shù)控制。當(dāng)光伏電站采用這種控制方式，孤島運(yùn)行時(shí)光伏電站和負(fù)荷很難保持有功、無功平衡，絕大多數(shù)情況下孤島保護(hù)會(huì)動(dòng)作，具體如下：

（1）無功功率不平衡。根據(jù)式（2），無功差額將使系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移，當(dāng)頻率超出允許范圍時(shí)，光伏電站過/欠頻率反孤島保護(hù)將動(dòng)作；

（2）有功功率不平衡。根據(jù)式（3），有功差額將使系統(tǒng)電壓發(fā)生偏移，當(dāng)電壓超出允許范圍時(shí)，光伏電站過/欠電壓反孤島保護(hù)將動(dòng)作。

因此，光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線發(fā)生瞬時(shí)性故障，兩側(cè)開關(guān)跳閘后，光伏電站由于過/欠電壓、過/欠頻率孤島保護(hù)退出運(yùn)行的概率很高，由于背側(cè)電源退網(wǎng)運(yùn)行，光伏電站側(cè)重合閘“檢同期”不會(huì)成功，重合閘也不會(huì)成功。

綜上所述，當(dāng)光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，從故障發(fā)生到光伏電站側(cè)重合閘動(dòng)作前，光伏電站退網(wǎng)運(yùn)行的概率遠(yuǎn)大于并網(wǎng)運(yùn)行的概率，因此聯(lián)絡(luò)線重合閘配合方式應(yīng)按照光伏電站退網(wǎng)運(yùn)行的情況來考慮，并確保孤島現(xiàn)象發(fā)生時(shí)不會(huì)對(duì)光伏電站造成非同期沖擊，應(yīng)采取的重合閘配合方式如下。

（1）對(duì)于采用單回聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側(cè)重合閘方式由“檢同期”改為“檢母線無壓線路有壓”。當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)開關(guān)跳閘后，系統(tǒng)側(cè)檢測“線路無壓”而重合成功，光伏電站側(cè)檢測到聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)送電“線路有壓”，而背側(cè)檢測到光伏電站退出運(yùn)行“母線無壓”也將重合成功。

（2）對(duì)于采用雙回聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側(cè)重合閘方式由“檢同期”改為“檢同期轉(zhuǎn)檢母線無壓線路有壓”。當(dāng)發(fā)生瞬時(shí)性故障聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)開關(guān)跳閘后，另外一條線路仍然并網(wǎng)運(yùn)行，光伏電站側(cè)檢測“同期”能重合成功；當(dāng)另外一條聯(lián)絡(luò)線退網(wǎng)運(yùn)行，類似單回聯(lián)絡(luò)線重合閘可以采用“檢母線無壓線路有壓”的方式。

當(dāng)光伏電站發(fā)生概率極低的孤島運(yùn)行時(shí)，光伏電站側(cè)檢測到光伏電站仍并網(wǎng)運(yùn)行“母線有壓”重合閘將不會(huì)動(dòng)作，重合閘過程中不會(huì)對(duì)光伏電站造成非同期沖擊。

本文根據(jù)光伏電站的控制方式和孤島效應(yīng)，分析了光伏電站側(cè)保護(hù)重合閘采用“檢同期”方式難以動(dòng)作成功的原因，在此基礎(chǔ)上提出了一種光伏電站并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線重合閘的配合方式：對(duì)于采用單回聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側(cè)重合閘方式由“檢同期”改為“檢母線無壓線路有壓”；對(duì)于采用雙回聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)的光伏電站，可將該側(cè)重合閘方式由“檢同期”改為“檢同期轉(zhuǎn)檢母線無壓線路有壓”。實(shí)際運(yùn)行效果表明，采用該方式可以提高供電可靠性。

結(jié)語

陽 康

國網(wǎng)湖北省電力公司潛江市供電公司

10.3969/j.issn.1001-8972.2016.07.006