（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司電力調(diào)度控制中心，北京 100031）

分布式電源并網(wǎng)的繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置配置探討

席原

（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司電力調(diào)度控制中心，北京 100031）

分布式電源作為一個(gè)全新的技術(shù)形式，在現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。所謂分布式電源，是指用戶能夠借助于相關(guān)設(shè)備與技術(shù)，在一定的空間環(huán)境內(nèi)，實(shí)現(xiàn)電力資源的有效供給與使用，并將其與配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)電力的有效調(diào)控。分布式電源涵蓋了太陽(yáng)能、生物能、地?zé)崮?、潮汐以及風(fēng)能等多種資源。為落實(shí)國(guó)家能源政策，促進(jìn)分布式電源健康發(fā)展，提高電網(wǎng)安全，有效接納分布式電源的能力，需對(duì)分布式電源并網(wǎng)的繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置相關(guān)技術(shù)和方案進(jìn)行探討。

光伏；電力系統(tǒng)；繼電保護(hù)

1 接入系統(tǒng)一次方案

（1）供電范圍。本文以光伏發(fā)電項(xiàng)目需接入如某110kV變電站為例，分析分布式電源并網(wǎng)的繼電保護(hù)相關(guān)技術(shù)路線。正常運(yùn)行方式下，光伏發(fā)電供電范圍為該變電站2#主變的10kV 5# 母線所帶負(fù)荷。

（2）上網(wǎng)電壓等級(jí)。本光伏發(fā)電項(xiàng)目共1 個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，采用10kV電壓等級(jí)接入系統(tǒng)。

（3）接入系統(tǒng)方案。光伏電站在使用的過(guò)程中，為了保證電力資源的高效傳輸與科學(xué)使用，避免不必要的資源浪費(fèi)。在進(jìn)行光伏電站與電網(wǎng)連接的過(guò)程中，通常情況下會(huì)使用高壓配電柜作為媒介，將二者進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，其接入方式如圖1所示。

圖1 接入系統(tǒng)方案圖

現(xiàn)狀正常運(yùn)行方式下，變電站112、114、116開(kāi)關(guān)閉合，145、245斷開(kāi)，1#、2#主變分列運(yùn)行，112、114開(kāi)關(guān)分帶110kV 4#和5#母線，當(dāng)線路發(fā)生N-1故障時(shí)，112（114）開(kāi)關(guān)無(wú)壓掉閘，自投145開(kāi)關(guān)，由非故障線路進(jìn)行供電；201、202分帶10kV 4#和5#母線，當(dāng)主變檢修或故障的情況下，201（202）開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，自投245開(kāi)關(guān)，由非故障主變進(jìn)行供電。

如果處于正常的運(yùn)作模式下，電力系統(tǒng)內(nèi)部用戶端的變壓器將會(huì)由變電站10kV 5#母線所屬的相關(guān)線路進(jìn)行供電操作；當(dāng)光伏發(fā)電站并入輸配電網(wǎng)絡(luò)之后，傳統(tǒng)的輸配電模式發(fā)生了一定的變化，電力用戶將由光伏發(fā)電站進(jìn)行直接供電，從而分擔(dān)了傳統(tǒng)電力網(wǎng)絡(luò)的供電壓力。同時(shí)由于光伏發(fā)電站的特殊性，一旦發(fā)生故障，用戶可以從原有配電線路中獲得電力支持，為生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行提供了穩(wěn)定的電力支持。

光伏電站在與電網(wǎng)進(jìn)行并入操作的過(guò)程中，為了保證并入效果，光伏電站與10kV的出現(xiàn)進(jìn)行連接，并借由211開(kāi)關(guān)進(jìn)入到配電柜之中。這種并入方式使得光伏電站不僅能夠?yàn)樽儔浩鞲浇挠脩籼峁┏渥惴€(wěn)定的電力供應(yīng)，還能夠?qū)⑹Ｓ嗟碾娏枯斎氲狡渌Ь€之中，將電網(wǎng)的工作效率與質(zhì)量進(jìn)行提升。同時(shí)這種操作方式也使得電力網(wǎng)絡(luò)對(duì)電力資源得以有效容納，避免了電力資源的浪費(fèi)與損耗。當(dāng)技術(shù)人員對(duì)線路進(jìn)行檢修的過(guò)程中，斷開(kāi)相關(guān)線路，就可以完成相關(guān)檢修工作。

2 相關(guān)技術(shù)要求

（1）電能質(zhì)量。光伏發(fā)電機(jī)制與傳統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)有所差異，其具有波動(dòng)性與間歇性等特征，加之光伏發(fā)電以太陽(yáng)能作為主要來(lái)源，在實(shí)際操作的過(guò)程中，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換器的設(shè)置，將太陽(yáng)能產(chǎn)生的電流由直流轉(zhuǎn)化為交流，保證大功率用電器的電力消耗需求。同時(shí)在這一過(guò)程中，光伏發(fā)電機(jī)會(huì)對(duì)原有的電力網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)一定的影響，因此需要技術(shù)人員從諧波、偏差電壓、電壓分量等幾個(gè)層面入手，不斷進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，使得電力資源得到穩(wěn)定使用。由光伏發(fā)電系統(tǒng)公共連接點(diǎn)的電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波、三相電壓不平衡、間諧波等電能質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)滿足GB/T 12325、GB/T 12326、GB/T 14549、GB/T 15543、GB/T 24337等電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

（2）頻率異常時(shí)的響應(yīng)特性。光伏發(fā)電項(xiàng)目在進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃的過(guò)程中，要努力提升系統(tǒng)耐受異常頻率的能力，如表1所示。

表1 光伏電站在電網(wǎng)頻率異常時(shí)的響應(yīng)要求

3 系統(tǒng)保護(hù)及安全自動(dòng)裝置

（1）分布電源側(cè)10kV線路保護(hù)。光伏電站至新建用戶配電柜發(fā)生線路故障的過(guò)程中，線路保護(hù)機(jī)制應(yīng)及時(shí)工作，在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行故障的排除。故本項(xiàng)目光伏電站至新建用戶配電柜10kV線路配置過(guò)流速斷（方向）保護(hù)。

（2）防孤島檢測(cè)及安全自動(dòng)裝置。在光伏電站一端進(jìn)行自動(dòng)裝置的規(guī)劃，對(duì)頻率電壓進(jìn)行控制，對(duì)斷路器以及滑差閉鎖功能、判斷短路功能和低頻、低壓解列功能以及高頻率、高電壓切機(jī)功能。光伏電站逆變器必須具備快速監(jiān)測(cè)孤島且監(jiān)測(cè)到孤島后立即斷開(kāi)與電網(wǎng)連接的能力（監(jiān)測(cè)及動(dòng)作時(shí)間在0.2S以內(nèi)），其防孤島方案應(yīng)與繼電保護(hù)配置、安全自動(dòng)裝置配置和低電壓穿越等相配合，時(shí)間上互相匹配。

（3）新建用戶配電柜10kV側(cè)保護(hù)。新建用戶配電柜至變電站10kV線路架空線路發(fā)生短路故障時(shí)，線路保護(hù)應(yīng)能快速動(dòng)作，滿足故障時(shí)快速可靠切出故障的要求。故用戶新建配電柜進(jìn)線201開(kāi)關(guān)配置過(guò)流速斷（方向）保護(hù)且針對(duì)211開(kāi)關(guān)加裝閉鎖功能，即任何情況下，用戶新建配電柜10kV母線故障時(shí)，201開(kāi)關(guān)斷開(kāi)聯(lián)掉211開(kāi)關(guān)。

（4）系統(tǒng)側(cè)保護(hù)。①變電站10kV線路保護(hù)。變電站10kV線路保護(hù)裝置，應(yīng)具備三段式定時(shí)限過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)低電壓、方向閉鎖）、三段式定時(shí)限零序過(guò)流保護(hù)（可經(jīng)方向閉鎖）、小電流接地選線、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、合閘加速保護(hù)、低周減載保護(hù)、低壓解列功能、三相一次重合閘等保護(hù)功能。②變電站10kV母線保護(hù)。應(yīng)確保當(dāng)變電站10kV母線發(fā)生三相接地故障時(shí)，通過(guò)光伏電站向變電站10kV母線流入的反向最大短路電流不超母線保護(hù)的定值。即該線路區(qū)外故障時(shí)，不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)作。③變電站10kV母聯(lián)自投。應(yīng)確保光伏電站接入系統(tǒng)后變電站245開(kāi)關(guān)能夠正常投切且通過(guò)光伏電站向變電站流入的反向電流較小不會(huì)引起245開(kāi)關(guān)后加速保護(hù)動(dòng)作。④變電站110kV母聯(lián)自投。應(yīng)確保光伏電站接入后，系統(tǒng)產(chǎn)生的110kV母線剩余電壓較小，不會(huì)影響變電站進(jìn)線開(kāi)關(guān)的無(wú)壓掉閘與145的自投。南口110kV變電站出現(xiàn)故障停電后，在分布式電源孤島保護(hù)動(dòng)作前，線路及母線側(cè)存在殘存電壓，在設(shè)定孤島保護(hù)動(dòng)作時(shí)間到達(dá)后，切開(kāi)線路，電壓歸零。⑤變電站主變零壓保護(hù)。由于10kV線路接地時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓影響110kV線路和變壓器及相關(guān)設(shè)備的安全，還應(yīng)在2#變壓器中性點(diǎn)加裝零序過(guò)電壓保護(hù)，零序過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)，可靠跳開(kāi)分布式電源的并網(wǎng)開(kāi)關(guān)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)不斷進(jìn)行電力網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)優(yōu)化，在對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電方式進(jìn)行調(diào)整的同時(shí)，立足于現(xiàn)階段電力技術(shù)的實(shí)際，對(duì)新的發(fā)電技術(shù)進(jìn)行探索。分布式發(fā)電作為一項(xiàng)新的發(fā)電技術(shù)，其有著較大的發(fā)展?jié)摿?。我?guó)正處于分布式發(fā)電技術(shù)研究的初級(jí)階段，相關(guān)技術(shù)仍舊不成熟，需要技術(shù)人員立足于發(fā)展的實(shí)際，不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提升分布式電源在我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)中的作用。

[1]楊珮鑫,張沛超.分布式電源并網(wǎng)保護(hù)研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2016.

[2]沈鑫,曹敏.分布式電源并網(wǎng)對(duì)于配電網(wǎng)的影響研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2015.

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