1、光伏發(fā)電系統(tǒng)基本原理

光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)，將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。典型的光伏發(fā)電系統(tǒng)可由光伏矩陣(太陽(yáng)能電池方陣)、蓄電池、控制器、直流配電柜、逆變器和交流配電柜等設(shè)備組成，如下圖所示。其中光伏矩陣和逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本要素。通過(guò)串并聯(lián)太陽(yáng)能電池組件形成光伏矩陣，并使得方陣電壓達(dá)到系統(tǒng)輸入電壓的要求。太陽(yáng)能通過(guò)光伏組件轉(zhuǎn)化為直流電能，通過(guò)直流監(jiān)測(cè)配電箱匯集至逆變器將直流電能轉(zhuǎn)化為交流電力。

2、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)饋線繼電保護(hù)裝置

目前運(yùn)行中的配電網(wǎng)主要由架空線路、電纜、配電變壓器、開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償電容以及其他設(shè)施組成，配電網(wǎng)的安全以及穩(wěn)定性對(duì)于整個(gè)供電行業(yè)都有著至關(guān)重要的意義。

配電網(wǎng)在供電過(guò)程中根據(jù)電壓的高低，可以分為高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)以及低壓配電網(wǎng)三種，不同的配電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中各自具備著不同的特點(diǎn)，目前配電網(wǎng)采用的運(yùn)行方式一般是閉環(huán)設(shè)計(jì)以及開(kāi)環(huán)運(yùn)行，整體結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)輻射狀，在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，饋線繼電保護(hù)裝置是保障配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，在配電網(wǎng)正常運(yùn)行的前提下，饋線是處于單端電源供電狀態(tài)，在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)饋線繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中，是沒(méi)有考慮多途徑電源接入的問(wèn)題，也就是說(shuō)在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，配電網(wǎng)和用戶是不可以進(jìn)行任何外界其他電源進(jìn)行供電，其整體潮流是從供電企業(yè)為的單方面電源向用戶流動(dòng)的，系統(tǒng)中的饋線繼電保護(hù)裝置也是安裝在變電站線路處，并且主饋線上裝設(shè)著自動(dòng)重合閘裝置，但是隨著光伏電源不斷的接入到電網(wǎng)之中整個(gè)配電網(wǎng)體系正在發(fā)生著變化，首先最顯著的變化就是接入配電網(wǎng)中的電源不在是單一的供電企業(yè)供電電源，配電網(wǎng)中的潮流也正在改變過(guò)去的單一式狀態(tài)，潮流改變的同時(shí)配電網(wǎng)系統(tǒng)中的短路電流也會(huì)發(fā)生改變。

繼電保護(hù)裝置是電力系統(tǒng)中最關(guān)鍵的保護(hù)裝置，其性能的穩(wěn)定性對(duì)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有這關(guān)鍵的意義，因此配電網(wǎng)進(jìn)行繼電保護(hù)裝置的選擇過(guò)程中應(yīng)該選取更加穩(wěn)定可靠并且靈敏性高的裝置。目前的配電網(wǎng)采用的饋線保護(hù)裝置一般是分三中速斷保護(hù)進(jìn)行的，也就是瞬時(shí)電流保護(hù)、定時(shí)限電流保護(hù)和過(guò)電流保護(hù)，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)是指通過(guò)斷電方式來(lái)避免饋線末端短路時(shí)產(chǎn)生的最大三相短路電流，并且對(duì)故障進(jìn)行及時(shí)的切除;定時(shí)限電流速斷保護(hù)其工作過(guò)程是與相鄰線路共同配合進(jìn)而完成保護(hù)工作;過(guò)流速斷保護(hù)則是按照躲過(guò)饋線最大的負(fù)荷電流，而與相鄰饋線的過(guò)流保護(hù)特性進(jìn)行配合保護(hù)，進(jìn)而有效的保護(hù)相鄰饋線的安全。此外在架空的饋線還應(yīng)該配置一個(gè)三相一次重合閘，以此來(lái)確保饋線在發(fā)生故障之后，可以及時(shí)的恢復(fù)正常供電狀態(tài)，進(jìn)而保障整個(gè)配電網(wǎng)的可靠性。

3、光伏系統(tǒng)接入配電網(wǎng)時(shí)對(duì)饋線保護(hù)的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是通過(guò)10kV饋線接入配電網(wǎng)的，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，接入光伏電源后，其故障電流的大小和分布明顯與不接光伏電源時(shí)不同當(dāng)光伏電源容量與配電網(wǎng)系統(tǒng)容量相比足夠大時(shí)，將會(huì)影響配電網(wǎng)原有繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。由于光伏電源對(duì)故障電流的助增或分流作用，流過(guò)饋線保護(hù)的故障電流可能增大也可能減小，從而降低了饋線保護(hù)裝置的保護(hù)范圍和靈敏度。

3.1對(duì)故障短路電流的影響

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，線路故障時(shí)短路電流為從電源端指向故障點(diǎn)的單一流向電流，因此主饋線上所配置的保護(hù)為無(wú)方向三段式過(guò)流保護(hù)或者反時(shí)限保護(hù)或者距離保護(hù)，另有重合閘裝置。光伏電源接入配電網(wǎng)，會(huì)使配電網(wǎng)原來(lái)的供電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，光伏電源將通過(guò)線路向負(fù)荷輸送一定容量的功率。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)電源和光伏電源可能會(huì)同時(shí)向故障點(diǎn)提供短路電流，從而影響配電網(wǎng)短路電流的大小，甚至改變配電網(wǎng)短路電流的方向。短路電流的大小和方向?qū)⒁蚴艿焦夥尤宋恢眉叭萘康挠绊懚l(fā)生變化，可能導(dǎo)致原保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生誤動(dòng)作。目前還沒(méi)有能夠很好的解決這一問(wèn)題，這就需要在光伏電源接入配電網(wǎng)后，重新考慮各方面的因素，進(jìn)行饋線繼電保護(hù)的整定計(jì)算，盡力使系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)樵Ｗo(hù)系統(tǒng)的不正確動(dòng)作而陷入頻繁的故障。

3.2對(duì)饋線重合閘的影響

實(shí)際上，配電網(wǎng)發(fā)生的故障基本上都是瞬時(shí)性的故障，因此在配電網(wǎng)中應(yīng)用重合閘對(duì)提高系統(tǒng)的可靠性以及減少維護(hù)電網(wǎng)的工作量都有著很重要的意義。在單端供電的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)下，對(duì)配電網(wǎng)饋線都是采用重合閘來(lái)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)故障的供電的，來(lái)保證配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是光伏電源接入配電網(wǎng)后，若故障出現(xiàn)在系統(tǒng)電源進(jìn)線側(cè)，則有可能在重合閘動(dòng)作時(shí)造成非同期重合，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)造成沖擊如果光伏電源與配電網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)線在發(fā)生故障后跳開(kāi)了，那么光伏電源就不會(huì)影響重合閘對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)作用。但如果在發(fā)生故障時(shí)光伏電站電源沒(méi)有及時(shí)跳離饋線，那么就會(huì)與部分電網(wǎng)形成電力孤島。在光伏電源試圖維持孤島電源的情況下，卻同時(shí)也給重合閘帶來(lái)了很大的隱患，使得重合閘的作用難以實(shí)現(xiàn)，在重合過(guò)程中不成功或者是產(chǎn)生非同期的重合閘。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)繼電保護(hù)與重合閘的配合過(guò)程中，一般單獨(dú)采用前加速或者后加速方式，當(dāng)采用前加速方式時(shí)，任何位置的故障都會(huì)跳開(kāi)光伏電源，可能會(huì)擴(kuò)大停電范圍，延長(zhǎng)了用戶的停電時(shí)間。當(dāng)采取后加速方式時(shí)，故障產(chǎn)生延時(shí)可能會(huì)使光伏電源受到負(fù)序電流的影響而遭到破壞。

3.3對(duì)備用電源的影響

光伏電源接入前，配電網(wǎng)為輻射狀網(wǎng)絡(luò)，線路采用三相一次重合閘，而變電站、重要負(fù)荷采用備自投，以保證緊急斷電時(shí)，特種設(shè)備的供電安全，提高供電可靠性。正常情況下，當(dāng)主流電源因發(fā)生故障而斷開(kāi)時(shí)，則需要利用備用電源自動(dòng)投入到供電狀態(tài)，以盡快恢復(fù)供電。在接入光伏電源之后，為防止非同期合閘產(chǎn)生非常大的沖擊電流對(duì)配電網(wǎng)和光伏電源設(shè)備帶來(lái)的強(qiáng)烈沖擊，這就要求對(duì)備用電源的自動(dòng)投入過(guò)程更快，要求更高，能夠迅速產(chǎn)生同期重合閘。

結(jié)語(yǔ)

隨著光伏電源逐漸的接入配電網(wǎng)中，配電網(wǎng)中的運(yùn)行方式中饋線繼電保護(hù)正在發(fā)生著變化，在光伏電源接入配電網(wǎng)之后，配電網(wǎng)經(jīng)常性的會(huì)出現(xiàn)短路故障，進(jìn)而引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)和拒動(dòng)對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全性帶來(lái)嚴(yán)重的影響。

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作者簡(jiǎn)介:

郝富國(guó)(1982.6.22)，男;山東煙臺(tái)人;漢族;本科;工程師;主要研究方向:物聯(lián)網(wǎng)采集、電路。