張洋

摘 要：隨著環(huán)境的日益惡化，全球煤儲(chǔ)量的日益減少，全世界都越來越注重環(huán)境的保護(hù)，因此，新能源產(chǎn)業(yè)也越來越受到重視，光伏發(fā)電行業(yè)未來的發(fā)展?jié)摿σ彩窍喈?dāng)大的，國家為保護(hù)環(huán)境，治理空氣污染，已經(jīng)制定了一系列的新能源政策，希望清潔能源能更多地替代化石能源，這有利于擴(kuò)大國內(nèi)光伏市場規(guī)模。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；低電壓穿越；靜止無功發(fā)生器

近年來，隨著新能源行業(yè)的日漸興起，光伏發(fā)電能源儼然已成為新能源行業(yè)的巨頭，光伏電站的安全運(yùn)行也成為維持電網(wǎng)穩(wěn)定的一個(gè)重要因素，電站的站內(nèi)保護(hù)也經(jīng)過多年的實(shí)踐有了一套比較完善的標(biāo)準(zhǔn)，像是逆變器的防孤島保護(hù)、低電壓穿越，以及站內(nèi)的靜止無功發(fā)生裝置都成為光伏電站必不可少的配置，光伏發(fā)電流程也是比較成熟的，本文主要是依據(jù)作者本人在光伏電站從事基建、調(diào)試，以及運(yùn)維的過程中，發(fā)現(xiàn)的一些保護(hù)配置方面存在的問題做一個(gè)簡單的分析，希望能有助于光伏產(chǎn)業(yè)的日后發(fā)展。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)站內(nèi)保護(hù)配置

1.1 逆變器的保護(hù)

低電壓穿越功能是指當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)并網(wǎng)逆變器能夠正常并網(wǎng)一段時(shí)間， “穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間（區(qū)域）直到電網(wǎng)恢復(fù)正常；孤島效應(yīng)保護(hù)是指當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)并網(wǎng)逆變器應(yīng)立即停止并網(wǎng)發(fā)電，保護(hù)時(shí)間不超過0.2秒。可以看出，孤島效應(yīng)保護(hù)與低電壓穿越是相互矛盾的，兩種功能不能同時(shí)并存，需要根據(jù)電站規(guī)模和要求進(jìn)行選擇，一般原則如下：

對于小型光伏電站，并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)中所占的容量較小，對電網(wǎng)的影響較小，在電網(wǎng)故障時(shí)不會(huì)對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，所以應(yīng)具備快速監(jiān)測孤島且立即斷開與電網(wǎng)連接的能力，即此時(shí)并網(wǎng)逆變器應(yīng)選擇孤島效應(yīng)保護(hù)功能。 ？

對于大中型光伏電站，并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)中所占的容量較大，對電網(wǎng)的影響較大，在電網(wǎng)故障時(shí)不會(huì)對電網(wǎng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，所以應(yīng)具備一定的低電壓穿越能力，即此時(shí)并網(wǎng)逆變器應(yīng)選擇低電壓穿越功能。

對于目前大多數(shù)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)來說，逆變器所配置的都是低電壓穿越。大型和中型光伏電站的低電壓耐受能力要求 為了實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)逆變器的低電壓穿越功能，并網(wǎng)逆變器需要采用新的軟件控制算法，軟件控制算法需實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)，并判斷電網(wǎng)是否發(fā)生電壓跌落。

1.2 靜止無功發(fā)生裝置

并網(wǎng)逆變器正常情況下只能向電網(wǎng)輸送有功，要是所有光伏電站都只向電網(wǎng)輸送有功的話，電網(wǎng)電壓必定會(huì)很難調(diào)節(jié)到一個(gè)穩(wěn)定的值上面，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，影響到電網(wǎng)的安全，因此，光伏電站必須引入靜止無功發(fā)生裝置來產(chǎn)生無功功率從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓。

靜止無功發(fā)生裝置采用可關(guān)斷電力電子器件組成自換相橋式電路，經(jīng)過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)橋式電路交流側(cè)輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制其交流側(cè)電流。迅速吸收或者發(fā)出所需的無功功率，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功的目的。作為有源形補(bǔ)償裝置，不僅可以跟蹤沖擊型負(fù)載的沖擊電流，而且可以對諧波電流也進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。

電壓源型逆變器包含直流電容和逆變橋兩個(gè)部分，其中逆變橋由可關(guān)斷的半導(dǎo)體器件IGBT組成工作中，通過調(diào)節(jié)逆變橋中IGBT器件的開關(guān)，可以控制直流逆變到交流的電壓的幅值和相位，因此，整個(gè)裝置相當(dāng)于一個(gè)調(diào)相電源。通過檢測系統(tǒng)中所需的無功，可以快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功，實(shí)現(xiàn)無功的就地平衡，保持系統(tǒng)實(shí)時(shí)提高功率因數(shù)運(yùn)行。

1.3 接地變及消弧線圈

光伏發(fā)電系統(tǒng)電壓等級往往在35kv及以下，所以一般不采用中性點(diǎn)接地的方式，一般都是在站內(nèi)配置接地變及消弧線圈，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地來保障系統(tǒng)的安全。

消弧線圈的作用是當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，故障點(diǎn)流過電容電流，消弧線圈提供電感電流進(jìn)行補(bǔ)償，使故障點(diǎn)電流降至10A以下，有利于防止弧光過零后重燃，達(dá)到滅弧的目的，降低高幅值過電壓出現(xiàn)的幾率，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

當(dāng)消弧線圈正確調(diào)諧時(shí)，不僅可以有效的減少產(chǎn)生弧光接地過電壓的機(jī)率，還可以有效的抑制過電壓的輻值，同時(shí)也最大限度的減小了故障點(diǎn)熱破壞作用及接地網(wǎng)的電壓等。從發(fā)揮消弧線圈的作用上來看，脫諧度的絕對值越小越好，最好是處于全補(bǔ)償狀態(tài)，即調(diào)至諧振點(diǎn)上。但是在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，小脫諧度的消弧線圈將產(chǎn)生各種諧振過電壓。除此之外，電網(wǎng)的各種操作都可能產(chǎn)生危險(xiǎn)的過電壓，所以電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，或發(fā)生單相接地故障以外的其它故障時(shí)，小脫諧度的消弧線圈給電網(wǎng)帶來的不是安全因素而是危害。

1.4 光纖縱差保護(hù)

光纖作為繼電保護(hù)的通道介質(zhì)，具有不怕超高壓與雷電電磁干擾、對電場絕緣、頻帶寬和衰耗低等優(yōu)點(diǎn)。而電流差動(dòng)保護(hù)原理簡單，不受系統(tǒng)振蕩、線路串補(bǔ)電容、平行互感、系統(tǒng)非全相運(yùn)行、單側(cè)電源運(yùn)行方式的影響，差動(dòng)保護(hù)本身具有選相能力，保護(hù)動(dòng)作速度快，最適合作為主保護(hù)。近年來，光纖技術(shù)、DSP技術(shù)、通信技術(shù)、繼電保護(hù)技術(shù)的迅速發(fā)展為光纖電流差動(dòng)保護(hù)的應(yīng)用提供了機(jī)遇。

光纖電流差動(dòng)保護(hù)是在電流差動(dòng)保護(hù)的基礎(chǔ)上演化而來的，基本保護(hù)原理也是基于基本電流定律，它能夠理想地使保護(hù)實(shí)現(xiàn)單元化，原理簡單，不受運(yùn)行方式變化的影響，而且由于兩側(cè)的保護(hù)裝置沒有電聯(lián)系，提高了運(yùn)行的可靠性。目前電流差動(dòng)保護(hù)在電力系統(tǒng)的主變壓器、線路和母線上大量使用，其靈敏度高、動(dòng)作簡單可靠快速、能適應(yīng)電力系統(tǒng)震蕩、非全相運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，是其他保護(hù)形式所無法比擬的。光纖電流差動(dòng)保護(hù)在繼承了電流差動(dòng)保護(hù)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，以其可靠穩(wěn)定的光纖傳輸通道，保證了傳送電流的幅值和相位正確可靠地傳送到對側(cè)。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)保護(hù)配置存在的問題

據(jù)本人在光伏電站從事運(yùn)維的角度來看，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在逆變器，母線及出線方面的保護(hù)配置都是比較完善的，但有的方面還是具有一些不太合理的地方，具體如下：

a、光伏電站發(fā)電流程是太陽能板件通過匯流箱、直流配電柜等裝置匯集到一起再送至逆變器，逆變器將直流逆變成交流再送至升壓變將電壓升高再送至電網(wǎng)。其中，在升壓變上的保護(hù)就有點(diǎn)薄弱了，一般光伏電站的升壓變?nèi)萘慷疾粫?huì)特別大，大概在1000kVA左右，所以大都為干式變壓器及小型的油浸式變壓器，這種變壓器不帶有電壓互感器及電流互感器，所以在保護(hù)配置上也不存在電量保護(hù)，所具有的只是溫度保護(hù)及三相高壓熔斷器，這比起電量保護(hù)可靠性也大大降低了。

b、光伏電站中開關(guān)柜不存在電壓保護(hù)，電站開關(guān)柜保護(hù)只配有一、二段過流保護(hù)，低周、高周保護(hù)，母線PT的二次出現(xiàn)只接有測量和計(jì)量兩對繞組，而PT的保護(hù)量直接接入了故障解列裝置，一旦故障解列裝置檢測到PT斷線或是低壓，不管是哪條進(jìn)線發(fā)生故障，必定是跳出線開關(guān)柜，這樣就極大的擴(kuò)大了事故范圍，因此給每條進(jìn)線開關(guān)柜引入一個(gè)電壓量保護(hù)還是非常有必要的。

c、靜止無功發(fā)生裝置對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般都是由逆變器自主實(shí)現(xiàn)自動(dòng)并網(wǎng)和自動(dòng)退網(wǎng)的，當(dāng)光照達(dá)到一定強(qiáng)度，電壓、電流值達(dá)到逆變器并網(wǎng)的條件時(shí)，逆變器便會(huì)自行并網(wǎng)，反之，當(dāng)電壓降低到一定范圍時(shí)逆變器又會(huì)自動(dòng)退網(wǎng)，這一整個(gè)過程都不需要人為控制的。而當(dāng)一個(gè)電網(wǎng)有很多光伏發(fā)電系統(tǒng)接入時(shí)，在每天的清晨和半晚所有的光伏電站都在并網(wǎng)和退網(wǎng)的過程，并且因?yàn)楣庹諒?qiáng)度忽強(qiáng)忽弱，所以大多數(shù)時(shí)候逆變器都不是一次就能并上。

3 結(jié)束語

在當(dāng)今這個(gè)能源缺乏，環(huán)境惡化的狀態(tài)下，光伏的重要性也日益體現(xiàn)出來了，在做好新能源的同時(shí)，也同樣要保障安全發(fā)電，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)以及電網(wǎng)的安全，在光伏電站保護(hù)配置這一方面也還有許多值得我們?nèi)ド钏嫉膯栴}，只有讓這套系統(tǒng)越來越完善，將來才會(huì)能更好的為我們所用。