光伏继电保护方式

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光伏继电保护方式范文第1篇

关键词：分布式发电 配电系统 继电保护 社会能源

中图分类号： TM77 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0004-01

1 分布式发电的定义以及优势

1.1 分布式发电的定义

分布式发电（即DG）一般都是指以内燃机、燃料电池、燃气汽轮机和微型燃气汽轮机、小水电、光伏发电、风能、太阳能等各种原材料为发电形式，也包含垃圾/生物质等物质发电。分布式发电的应用主要是依靠用户自行安装的中小型发电装置，不仅可以脱离公共电网为用户供电，也可以接入公共电网。一般情况下配电网为简单的辐射状，DG的接入会对配电网的故障电流大小、持续时间、持续方向等产生影响，会使配电网变成双电源或者是多电源，由于配电网潮流的不确定性会给继电保护的运行管理带来一定影响，在继电保护装置中可能造成误动或者是拒动的现象。所以需要对分布式发电对配电系统继电保护的影响进行一定研究并解决问题。

1.2 分布式发电的优势

分布式发电应用为配电系统运行带来的优势主要有几点：第一，使用分布式发电不需要使用建设单独的配电站，所以也不需要使用长距离的输电线路，从这个角度来说，使用分布式发电的建设成本较低，而且能够有效避免运行后增加配电成本，还能够降低输电损耗。第二，分布式发电可以弥补电网的不稳定性，尤其是当电力系统发生故障的时候，可以使用分布式发电进行紧急供电，有效防止供电事故。第三，分布式供电具有环保的特性，它的能源使用率比电网使用率要高，传统的能源发电系统的发电率在40%左右，而分布式发电的发电率可以达到65%以上，除此之外，它主要是利用各种自然原材料如风能、太阳能等进行发电，对实现资源再利用和清洁能源提供了可能性。第四，分布式发电还可以用于冷热电联产，它除了发电，还能够实现与供热供冷的三者合一，使用户可以有效实现资源利用。

2 配电网主要结构以及保护配置

传统的配电网结构基本上都是单电源辐射状，所以相对应的继电保护配置也较为简单，目前国内使用最为常见的两种配电网继电保护方式主要有两种：三段式电流保护方案与反时限过电流保护方案。

2.1 三段式电流保护

三段式电流保护方式是一种较为传统的继电保护方式，它主要是包含瞬时电流速断保护、限时电流速断保护以及过电流保护。瞬时电流速断保护由于是按躲过本线路末端短路时流过保护的最大短路电流整定，不能完整地保护整个线路，它主要依靠瞬时动作完成对线路的保护。相反，限时限电流保护是较为灵活的保护方式，主要依赖于本线路末端故障时能够灵敏地与相邻线路实现瞬时电流保护配合，所以能够完整地保护本线路。过电流保护的功能比限时电流速断保护的功能还要强大，能够完整的保护本线路并作为相邻线路的后备保护。

2.2 反时限过电流保护

反时限过电流保护主要是根据动作时限和动作电流成反比曲线的关系，短路电流越大，保护时间就越短，也就是与故障点相距越远，保护动作时间就越长，这种保护方式主要是能够满足继电保护速动性和选择性的要求，在配电网继电保护中应用得较多。

在这里需要提出的一点是在配电网故障中，大部分的故障都是瞬时性的，所以对非电缆线路，采用前文提到的任何一种保护方式都需要配置三相一次自动重合闸装置，这样才能够保证线路在发生瞬时性故障后能够快速恢复供电。

3 分布式发电对继电保护的影响

3.1 分布式发电对电流保护的影响

三段式电流保护具有的优点较多，如保护原理简单、可靠性高、一般情况下都能够满足快速切除故障的要求，因此在配电网保护中运用较多。反时限过电流保护主要是对保护动作限时，一般情况下，它只需要一个继电器就能够实现保护，而且由于在系统发生故障时，实际花费在切除故障点的时间非常短，在实际中也应用较多。

分布式发电的接线方式对电网运行方式有较大的影响，分布式发电的接入位置也会对故障电流的大小和方向造成影响。图1、图2分别为分布式发电接入线路末端和线路中间的说明图。

如图1，当DG接入线路末端时，电网中可能会发生F1短路，也可能发生F2和F3短路。当F1发生短路时，P3和P4会感受不到电流，所以它们的行为不会受到DG接入线路的影响。P1、P2能够感受到短路电流，方向以及大小与DG接入线路之前相同，所以P2能动作切除故障线路。同理能够得出，当接入DG后F2发生故障，需要切除故障线路受保护的点为P2，在切除故障后，可以由DG单独供电，但是由于对P2进行单独供电可能会影响到整个供电系统运行和用户设备，所以一般不使用这种方式。当F3发生短路故障时可能会因为DG容量过大，造成P2误动切除线路。当F4发生短路故障时，情况也与F3类似，流过P3的短路电流变大，会导致瞬时速断保护难以避开F4点的故障电流而造成误动切除线路，所以需要对DG容量进行限制保证选择性保护。

如图2，当DG接入线路中间时，对F1、F2、F3、F4也会造成相应的影响。当F1发生短路时，P2会流过故障电流，保护会依靠动作切断线路，但是在电流流过受保护的P1时，会导致P1电流减小，敏感度降低。当F2发生短路时，情况与F1发生故障相似，有区别的就是当DG并入时的电流过小，会造成P1拒动，所以对于DG并入系统需要做相应的限制。当F3发生短路时，保护点P1可以感受到DG供给的短路电流，但是如果DG容量太大，就会导致P1误动从而切除线路。当F4发生故障时，可能会造成瞬时速断无法躲开F4发生的故障电流而误动并切断线路，使系统保护方式失去选择性。

3.2 配电系统中存在多个DG时对继电保护的影响

与单一并入一个DG相比，在配电系统中接入多个DG后，系统的电路分流现象更加严重，而受影响最为明显的是DG上游各线路的过流保护。

根据上述情况可以分析出来，在DG并入到电网系统中后对过电流保护的影响并不是很严重，在配合时需注意预留充足的配合度。而小容量的DG并入电网对继电保护的影响主要的表现在DG接入点的上游部分，在解决这个问题时，可以选择灵敏度较高的过流保护措施或者是对反时限过流保护方式做适当的调整。

3.3 分布式发电对线路重合闸的影响

在接入DG以前，配电网大多是辐射式结构，自动重合闸在恢复瞬时性故障线路的供电时，不会对配电系统产生任何冲击和破坏。DG接入后，一旦线路因故障而跳闸，故障部分不再与电网相连而失去系统电源。而DG很有可能在故障后没有脱离线路而继续工作，则会在电网中形成由DG单独供电的电力孤岛。在重合闸动作时，电力孤岛与电网不能保持同步，出现很大的相角差，这样会造成非同期合闸，从而引起很大的冲击电流，在此冲击电流的作用下，线路保护很可能再次动作发生跳闸，而使重合闸失去了其快速恢复瞬时故障的职能。所以应在 DG侧装设低周、低压自动解列装置，以便在重合闸动作前，将DG从故障线路中切除，同时为避免故障点持续电弧的影响，重合闸的动作时限应适当延长。

4 结语

分布式发电（DG）在目前电力市场中是一项新型的清洁能源发电形式，为电网系统提供了较为灵活的供电支持，它对改善电力的稳定性和质量都具有重要的意义，所以在市场中受到的关注也越来越广泛。但是分布式发电在具体的使用中也还有非常多的问题，这就要求我们在使用之前一定要对分布式发电进行完善的研究和探讨并提出可行的解决方案，在实际使用中才能将伤害降低到最小。尤其是接入分布式发电后会对电网继电保护造成的影响，需要根据地方特性进行研究，然后寻求合适的解决方式。在电网发展过程中，分布式发电在电力市场中将会使用得越来越频繁和常见，在研究中要注意结合电力实际，实现灵活、稳定、节能的综合电网。

参考文献

[1] 王丽君，侯营.分布式发电配电系统的继电保护配置方案研究[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2012（2）：109-111.

光伏继电保护方式范文第2篇

关键词： 分布式发电； 并网； 优化配置； 电力系统

中图分类号： TN710?34； TM61 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）13?0167?04

Overview of research progress on distributed generation technology

QIAN Jun， LIU Min

（Jinggangshan Power Plant， Huaneng Power International， Inc.， Ji’an 343099， China）

Abstract： The application history of distributed generation is briefly summarized， and the progress of its relevant technology research is introduced in detail， including the research status of distribute power grid connection technology and distributed generation optimal configuration. In order to provide reference for the application of distributed generation technology in power system widely and efficiency， the development trend of distributed generation technology is also discussed.

Keywords： distributed generation； grid connection； optimal allocation； power system

0 引 言

经济和社会的快速发展导致我国的能源消耗增长十分迅速，而大机组、大容量的集中规模化发电存在诸如无法灵活跟踪负载变化、不能对偏僻地区进行理想供电等缺点，作为目前电能生产的主要方式与电力用户对电能质量高要求之间的矛盾日益凸显[1]。

随着智能电网研究热潮的到来，作为其重要组成部分的分布式发电（Distributed Generation，DG）开始得到人们越来越多的关注。分布式发电是指应用发电功率较小的小型分散式、模块化的发电单元进行发电，在充分开发利用各种可用的分散式能源（太阳能、风能、燃料电池等）的基础上，其即可独立于大电网以微网形式为少量用户供电，也可并入大电网络，一起向用户提供电能[2]。以我国目前的能源利用方式和速度，依靠传统能源利用技术很难支撑起经济的高速发展，分布式发电技术可以实现能源利用效率的最优化从而间接达到资源环境效益的最大化，从环保节能和可持续发展的角度看，分布式发电技术是我国电力系统发展的必然趋势。

本文在简单概述分布式发电技术应用情况的基础上，着重介绍目前分布式发电技术的研究进展和成果，包括目前采用的分布式电源并网技术及其优化配置问题，最后对分布式发电技术未来的发展方向与趋势提出了看法。

1 分布式发电技术的应用

对比集中规模式发电而言，分布式发电投资小，节能又环保。就近供电时能够避免电力传输层的接入拥挤，降低传输损耗；并网供电时即可作为备用电源为高峰负荷提供电能，提高供电可靠性，又可为商业区和居民供电，改善电源结构、促进能源可持续发展。

相比于欧美国家[3]，我国分布式发电技术起步较晚，虽然我国地域辽阔，资源种类丰富，但作为一个人均资源相对匮乏的人口大国，扩大资源综合利用范围、大力开发可再生能源已迫在眉睫，而分布式能源技术无疑是解决该问题的关键。目前全国各地纷纷响应国家能源产业政策号召，积极调整优化能源产业结构，为促进节能减排和低碳经济发展纷纷参与到分布式发电技术的研究与应用当中来：北京、上海等地已经兴建基于冷、热、电联产的分布式发电站，在西部和沿海已建成了基于可再生能源（太阳能、风能）的分布式电站，而在江西九江、福建厦门则建成了相当规模的分布式能源站，可以说分布式发电技术在我国的应用前景相当广阔和光明。

2 分布式发电并网技术研究进展

分布式电源在作备用电源或需向用户送电时，因其电能无法直接输送给交流负荷，须经并网这一环节，并网则需要通过电力电子器件来实现，大量非线性负荷和电力电子转换器的接入会引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网的谐波污染，从而对电力系统产生很大的影响[4]。因此，在并网过程中如何使分布式电源对配电网的影响尽可能达到最小是人们亟待解决的问题。

一种典型的分布式电源并网示意图如图1所示。

图1 典型分布式电源并网示意图

由图1可以看出，分布式电源经接口与配电网实现连接，即并网过程，在整个过程中，要实现对整个配电网（含微网）系统的运行与控制，并网后，要能实现孤岛检测以及继电保护等。

2.1 分布式发电并网接口技术

目前分布式发电并网接口技术分为电力电子逆变器接口和旋转电机接口2大类，逆变器在体积、重量、可靠性等方面均优于旋转电机，因此目前绝大多数分布式电源并网都已采用并网逆变器。

逆变器的拓扑结构关系到其效率和成本，传统逆变器采用工频变压器，体积大、效率难以提高。文献[5]提出了一种新颖的五电平双降压式全桥逆变器，由三电平双降压式全桥拓扑、输入分压电容和钳位支路组合，该逆变器体积小、重量轻，可明显提高并网逆变器的效率。文献[6]则针对无变压器拓扑的漏电流问题，提出了一种三电平双Buck光伏并网逆变器，该拓扑结构较传统拓扑结构少，有利于获得更高效率。

此外，实现对逆变器的控制，提高输出波形质量也是重点。文献[7]介绍了分布式发电系统中几种典型控制方法，包括外环控制中的恒功率、恒压恒频控制，内环中控制中的坐标系控制方法，对各个控制方法进行了比较。文献[8]针对单纯PI控制无法实现无静差的缺点，提出一种新型复合控制策略，使系统动态响应能力更快速，有效改善了系统的输出波形质量。

随着电力电子技术的发展，未来逆变器会朝着更小体积、低成本、高效率的方向发展，并且同时能够确保并网运行的可靠性。

2.2 含分布式电源配电网分析与控制

分布式电源并网后，需要对整个配电系统（含微网）进行分析控制。电力系统分析的实质是对其进行潮流计算和模型仿真，分布式电源种类多样，因此建立的模型也不尽相同。文献[9]分析了不同类型分布式电源在前推回代潮流计算中的数学模型，并结合前推回代法的特点设计了适合于分布式电源和环网的灵活节点编号方法，给出了改进前推回代潮流算法。文献[10]构造了含风电的配电网重构场景模型，该模型能适应多风电和多风电场同时接入系统的情况。文献[11]则提出一种加入了天气预报信息的神经网络光伏发电模型，不仅精度高，而且解决了光伏发电随机问题。

对配电系统分析的目的是要对其进行控制。有研究表明，不同分布式电源的控制方法对并网系统的稳定影响也不同。文献[12]针对并网有功电流、无功电流、谐波电流等的复合控制，提出了无差拍复合控制方法，可统一控制光伏系统的并网逆变器以及有源滤波器，是并网系统同时实现APF功能。文献[13]针对微网孤岛与并网运行模式的特点，提出的控制策略能够实现微网运行模式的平滑切换，该控制方法可有效抑制微电源并联过程的冲击电流，使并网过程平稳安全。文献[14]构建了配电系统的无功优化数学模型，在充分考虑网损最小和节点电压的约束下，采用遗传算法对分布式发电的无功功率进行了优化，可有效地减少功率损耗和提高电压质量。

2.3 孤岛检测及继电保护技术

分布式电源并网运行后，若在电网发生断电的情况下仍向负载供电，则称之为孤岛运行。孤岛效应是分布式发电技术中应极力避免的情况，因为它会对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，因此若系统发生孤岛运行，必须迅速检测出孤岛，对孤岛采取隔离调制措施，至系统故障消除后方可恢复并网运行。孤岛检测的方法大致分为主动检测和被动检测两大类，被动检测有诸如过电压、频率检测、谐波检测等方法，但因往往存在盲区而使其使用范围受限，文献[15]在传统被动式孤岛检测方法ROCOF法和VS法的基础上，通过适当的整定及其配合，提出了一种新的孤岛检测新方法，可在较短时间内检测出孤岛的存在，具有一定的实用价值。人们在被动检测的基础了加上人为扰动提出了主动检测法，文献[16]就是在分析电压相位突变检测法的基础上提出述一种新型组合式孤岛检测方法，该法结合了电压相位突变检测法和改进型主动电流扰动法的优点，具有反应快、无盲区的优点，这是一种典型的主动孤岛检测方法。

由于分布式电源的加入，整个配电网结构以及配电网中故障电流的分布都发生了改变，从而导致整个配电系统的继电保护方式也发生了很大的变化，为确保含微网的配电系统在故障消除后能及时快速的恢复供电，这就对继电保护及其控制都提出了新的要求。文献[17]认为分布式电源的容量越大，对继电保护的影响就越大，保护可能失去选择性，有必要加装方向元件。文献[18]认为分布式电源会对配电网短路电流分布和速断电流保护造成影响，并详细分析了不同重合闸方式下，分布式电源的接入对配电系统保护协调性所产生的各种可能的影响，给出了各种情况下消除分布式电源的接入对配电网保护设备影响的评判条件。文献[19]提出一种多Agent技术应用于含分布式电源的自适应保护，利用SCADA系统的通信功能和各Agent之间的协作能力，提高了配电网继电保护动作的可靠性，通过将不同地点之间的保护信息进行交换和协作，也提高了分布式电源接入后的配电网继电保护的灵活性。总之，如何使已有的配电网继电保护系统有效保护分布式电源并网后的配电网是目前人们需要解决的问题。

3 分布式电源的优化配置

3.1 投资成本最小优化模型

分布式电源不同的安装位置和容量将会影响到配电网的电压分布与稳定，不合理的安装位置将会影响电网的安全稳定运行。相关学者从不同优化角度对分布式电源的优化配置进行了研究，主要有费用支出、可靠性、损耗度、节能环保等几方面。以费用支出为例，一种考虑投资成本最小的常用优化模型目标函数为：

[min f1=mini=1nDG（Ci1+Ci2）Pdi] （1）

式中：[nDG]为可安装分布式电源节点总数；[Pdi]为安装在第[i]个节点的分布式电源额定容量；[Ci1]和[Ci2]分别为安装在第[i]个节点的分布式电源的综合成本和安装成本。

文献[20]提出了以配电网最小年费用作为目标函数的优化模型，其目标函数为：

[minF=min（FN1+FN2）] （2）

[FN1=λ1+γ1i=1n1fi（li）αi+CΔP1τ1max] （3）

[FN2=λ2+γ2i=1n2fi（di）βi+CΔP2τ2max] （4）

式中：[FN1]为线路每年的投资和运行费用之和；[N1]为系统支路总数；[αi]为0～1变量，0表示支路未被选中，1表示支路被选中；[λ1]、[γ1]分别为线路的投资回报率、年运行维护率；[λ2]、[γ2]分别为DG的投资回报率、年运行维护率；[fi（li）]为线路[i]的综合投资费用；[τ1max]为线路的年最大负荷利用小时数；[C]为单位电价；[FN2]为DG每年的投资及运行费用之和；[fi（di）]为DG的综合投资费用；[βi]为0～1变量，0表示DG未被选中，1表示DG被选中；[ΔP1]为线路的有功损耗；[ΔP2]为DG的年电能损失量；[τ2max]为DG的年最大利用小时数。

约束条件为：

[UminUUmaxPLPLmaxPDGminPDGPDGmaxmaxPDGiPSmax-PS] （5）

式中：[U]为节点电压；[PL]为支路有功功率；[PDG]为分布式发电额定容量；[PS]为配电系统向输电系统购买的实际功率；[PSmax]为配电系统向输电系统购买的最大功率。以上模型的约束条件中还考虑了分布式电源的总容量约束。

3.2 多目标综合优化配置模型

更多学者希望能够从多角度来对分布式电源进行综合优化，文献[21]就从低碳费用、电压安全、有功网损三个指标评估电网效益，建立了分布式发电多目标优化配置模型，达到了减少碳排放、提高系统运行效率和降低有功网损的三重目标。以电压改善率[λV]、网损改善率[λP]、和环境改善率[λE]三个指标作为目标函数：

[max f（x）=max（λV，λP，λE）] （6）

其中，电压改善率[λV]为：

[λV=zDGzwDG] （7）

式中：[zDG]和[zwDG]分别为安装和未安装DG时的系统[z]指标：

[z=i=1NViLiki] （8）

网损改善率[λP]为：

[λP=Ploss（w_DG）Ploss（DG）] （9）

式中：Ploss（w_DG）和Ploss（DG）分别为安装和未安装DG时系统的有功网损。

环境改善率[λE]为：

[λE=ωPiIPi] （10）

式中：[ωPi]为碳污染气体的权重因子；[IPi]为碳污染气体的排放指标。

等式约束条件为DG接入配电网后的系统功率平衡方程；不等式约束条件为节点电压上下限、支路功率最大限、DG容量上下限、旋转备用约束、N?1安全准则等。

4 展 望

随着全球智能电网的发展，越来越多的分布式电源集成到电网中，势必会引起电力工业的另一次革命。我国对分布式发电技术的研究尚处在起步阶段，与欧美发达国家相比还存在一定距离，但是在全球日益严峻的能源和环境危机大背景下，分布式发电技术是我国电力系统发展的必然方向，工业和学术界应对此充分重视起来，积极借鉴国外先进技术与经验，加大对分布式发电技术的研究力度，国家也应加快相关政策和法规的制定，为我国分布式发电技术的研究与应用提供坚实的支持与基础。

参考文献

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