光伏继电保护方式范文

导语：如何才能写好一篇光伏继电保护方式，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】微电网；相关内容；单元级保护；系统级保护；继电保护；方法

中图分类号：TM58文献标识码： A

0.引言

社会经济的进一步发展，用户对电网供电的可靠性能有了更高层次的要求，使得传统的集中型发电的缺点不断显露出来，在控制成本的范围内不能满足敏感性电力的负荷要求。而科学技术的进一步发展使得分布型发电取得了新的发展。电力企业结合微电网短路故障的电流较小、灵活性控制等优势，研究出了微电网继电的有效保护方法。本文通过分析微电网继电保护研究的现状，探讨微电网的继电保护方式，从而提高我国分布型发电的技术，保障微电网运行的安全性和稳定性。

1.微电网的相关内容

1.1微电网的定义

微电网作为范围较小型分散的独立发电系统，利用先进的电力技术，把风电、光伏型发电和燃气轮机、蓄能设施以及燃料电池等并在一起，并直接连接用户端。对于大型电网而言，微电网属于电网系统中可以管理、控制的部分，其能在几秒钟内运作用来满足电网外部的输配电网络实际需求。对于电力用户而言，微点网能够满足其特定的供电需求，例如：提高本地的可靠性能、减少馈线的消耗量、保证本地电力压力的稳定性能，采用余热方式实现电力能量利用率的提高，保障不间断的提供电源。大型电网和微电网利用PPC实现能量的转换，双方相互备用，进而实现了电网供电稳定性和可靠性的提高。

1.2微电网的特征

微电网技术是将先进的电力电子信息技术、可再生资源和能源的发电技术、型发电、蓄能技术四者的有机结合。因此微电网具备传统电网无法比拟的优势。微电网技术提供了一个科学集成运用DG系统发电方式，具备了一切独立DG系统所具备的特征。微电网属于单独的整合性模块，不可能会对大型电网产生任何不良影响，因此不用改进大型电网的运作方式。微电网能够以灵活性方法把DG系统断开或者是连接，DG系统具备“现插现用”的优点。数个DG系统的微电网使得系统容量得以增加，并且具备了与之相匹配的蓄能系统，使得系统的惯性能力增大，降低了电压的波动和闪变问题，从而提高了电能的质量。此外，在上级供电网络出现故障过程中，微电网还能单独运作，继续不间断提供电能，实现了供电系统的稳定、可靠供电[1]。

2.微电网继电保护的实际研究情况

2.1微电网的继电保护分析实际状况

就我国目前情况而言，国家对微电网的继电保护研究力度不足；而国外对于微电网的继电保护研究还处在理论研究分析层面。理论指出了微电网继电保护必须遵守的技术原则：当采用孤网运作模式或是并网运作方式时，微电网的继电保护方式需要保持一致；当出现短路问题时，提供短路电流电源必须要做迅速隔离切断处理。

微电网具备孤网运作和并网运作这两种方法。微电网利用PPC和配电网络相互连接。其中PPC处静态形式的开关和其相对应的继电保护特征的概念属于微电网继电保护的重点和难点之一。这就要求，必须要正确检测到电网系统各种类型的故障并能做好及时有效地处理，决定微电网采用孤网运方式，并保障微电网孤网运作和并网运作方法之间的平滑性切换。微电网继电保护的另一个难点在于孤网运作过程中，在故障电流较小的形势下，为微电网设置充足的保护，因为微电网出现分布型电源DG系统利用的是电子机械设备连接微电网的方式，在微电网出现接地型故障的过程中，分布型电源DG系统提供的短路电流将会被阻截在2IN中，而传统的配电网络系统使用的电流保护并不能符合微电网，微电网继电保护需要采用全新的技术原理，因此我国的专家学者提出了微电网的单元级保护和系统级保护策略[2]。

2.1微电网的单元级保护

微电网的单元级保护需要充分考虑到的两个问题：在微电网采用并网运作方式的过程中对出现的各种类型的故障做好及时有效地处理；在外部配电网络系统出现故障的过程中，使得微电网PPC系统进入孤网运行的情况下，必须要保障微电网能够平滑转换到稳定性运作中，当微电网系统内部出现故障时，可以及时根除故障部分，从而保障其他部分可由安全、稳定的运作。

2.2微电网的系统级保护

微电网的系统保护目的在于保障在公用电网系统出现永久型故障或者是微电网运作情况不符合IEEE1547标准要求过程中，微电网可以及时平滑的切换到孤网运作中，进而减少微电网连接对公用电网系统产生的影响。此外，微电网的系统级保护的核心是和公用配电网络的连接处PPC。PPC在安装保护和控制设备时，需要准确检测和判断微电网存在的各种类型的故障，并且能及时处理，迅速决定微电网能否接入孤网运作[3]。

3.微电网继电保护的相关方法

3.1在电流序分量基础上的继电保护方式

在电流序分量基础上的继电保护方式将微电网的继电保护分为六个不同的区域。微电网的系统故障主要有相间型短路故障和相对型短路故障这两种形式。根据理论分析发现，负序分量和零序分量能够有效检查出相间型故障和相对型故障。在正常、稳定运作的情况下，因为负荷具备不对称性特征，导致出现序电流元件的动作，需要给所有限定的序电流配置合理的门槛数值。

3.2在DG出口电压基础上的abc-dp0方式

在微电网出现不同类型的故障过程中，abc电压的dp具备不同特点，进而检查、判断各种不同的接地故障。在得到abc三相电压的基础上，利用abc-dp0转换矩阵的方式得出Vds和Vqs公式： ，在将静态坐标轴上的Vds和Vqs投射到同一情况下旋转坐标轴中，使得Vdif=Vqrf-Vqr，Vqrf作为特定的门槛数值。在Vdif=0情况下，abc三相电压出现短路故障，Vdif的输出值为稳定性直流信号；相间型故障Vdif是一个直流信号加上震荡的交流信号。在出现单型相接地故障情况下，Vdif由0向极大值方向震荡输出，信号的震荡频率是电网限定震荡频率的两倍。

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关键词：分布式电源；配电网；继电保护；并网保护；准入容量；

1DG 的定义

分布式电源本身并不是一种全新的形式，我国早期的小火电、小热电以及在重要的行业和场所，用户为了增强供电的可靠性自己安装的电源设备都属于分布式电源。尽管如此，学术界对 DG 的定义仍然存在争议。国际大电网委员会(CIGRE)把DG 定义为：最大容量为 50～100MW、通常联接于配电网络并且不受统一调度和控制的发电机组。根据这一定义，接入输电系统的含上百台风电机组的大规模风电场就不在 DG 之列。IEEE 定义的 DG 是小容量的、可以在电力系统任意位置并网的发电机。另外还有很多学者对 DG 给出了自己的定义。DG 的定义很多，总体而言主要基于两个标准：容量和并网的电压等级。对 DG 的额定容量，IEEE、EPRI 和 CIGRE等国际组织都曾撰写过报告对其进行说明，但是三者之间没有取得一致意见，如 IEEE定义的 DG 容量范围≤10MW，EPRI 定义的 DG 容量范围在几 kW～50MW 之间，CIGRE 给出的 DG 容量范围≤50～100MW[7]。从 DG 并网的电压等级考虑，国际上大多数学者认为 DG 包括联接到配电系统和安装在负荷附近联接到输电系统的发电机组。

2 DG 的种类和特点

在不同的研究领域，DG 有不同的分类方式。一般可以根据 DG 的技术类型、所使用的一次能源和电力系统的接口技术进行分类。根据 DG 通常所使用的技术可分为风力发电、光伏发电、微型燃气轮机组、燃料电池、生物质能发电、小水电和海洋能发电等。

(1)风力发电

风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，由于风力发电环保可再生、全球可行、成本低且规模效益显著，已受到越来越广泛的欢迎。风力发电形式可分为离网型和并网型。并网型风力发电是大规模开发风电的主要形式，也是近几年来风电发展的主要趋势。并网型风力发电通常有多台容量较大的风力发电机组构成风力发电机群，称其为风电场(也称风力田、风田)。因此风电场具有机组大型化(50kW～2MW)、集中安装和控制的特点。风电场的主设备为风力发电机组，发电机经变压器升压与电力系统相连。并网型风力发电机组主要由风力机和发电机构成[8]。风力发电技术在新能源领域已经比较成熟，经济指标逐渐接近洁净煤发电。风电的不足在于：能量较分散、地域性强、受气候影响大；安装、维护有一定难度；风速随时变化引起并网风电场输出功率的较大波动会给电网运行带来一定的不利影响。

(2)光伏发电

太阳能光伏电池(PhotovoltaicCell，PV)发电技术利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转化为电能。白天发电的盈余倒送电网，晚间用户从电网取电。采用光伏电池发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点[9]。光伏电池的输出功率受日照强度、电池结温等因素的影响，不能调度，而且系统的频率和电压对其基本上没有影响。

(3)微型燃气轮机

微型燃气轮机是以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型气轮机。其发电效率可达 30%，如实行热电联产，效率可提高到 75%。微型燃气轮机的特点是体积小、重量轻、发电效率高、污染小、运行维护简单。它是目前最成熟、最具有商业竞争力的分布式发电电源[10]。

(4)燃料电池

燃料电池是一种将燃料的化学能直接转化成电能的装置，其原理颇似电解水的逆过程。氢基燃料(汽油、天然气或其它碳氢化合物)送入燃料电池的阳极(电源的负极),转化为氢离子，空气中的氧气送入燃料电池的阴极(电源的正极)，负氧离子通过两极间的离子导电的电解质到达阳极，与氢离子结合成水，外电路则形成电流[11]。

3DG 对配电网电流保护的影响

传统的配电网主要是单电源、放射状结构，这种配电网结构简单、投资较小、维护方便。DG 接入配电网后将改变电网的原有结构特征，对电网的短路电流分布和继电保护之间的配合都会产生影响。当配电网中接入容量较大或者多个小容量的 DG 时，由于 DG 所在支路的分流作用，故障发生后流过保护装置的电流可能减小，保护的保护范围降低。DG 接入配电网还可能在相邻线路故障时，DG所在线路由于DG的反向电流导致无故障跳闸。DG 的容量和位置对配电网短路电流水平和过电流保护的影响。DG 的接入提高了整个电网的短路电流水平，但个别支路的短路电流较 DG 接入前可能降低；DG 的位置和容量对配电网中短路电流的分布和大小有明显影响，DG的接入可能造成负荷馈线的熔断器无故障熔断。传统的故障分析一般借助于系统阻抗矩阵，电力电子变换器接口的 DG 接入配电网后对系统阻抗矩阵的形成增加了困难，采用动态仿真可以绕过这一问题，更清楚地分析不同类型 DG 的接入对配电网继电保护的影响。

4 DG 对配电网自动重合闸的影响

配电网的故障 80%～90%的部分是瞬时性的。重合闸的应用对提高系统供电可靠性，减少电网维护工作量有着相当重要的作用。在辐射式配电网结构下，重合闸在迅速恢复瞬时性故障线路供电时，不会对配电系统产生任何冲击和破坏。DG 的接入对配电网自动重合闸的影响。接入 DG 的配电网，故障发生后，DG 仍可能向故障点提供故障电流，当重合闸进行重合时，由于电网电源的作用，可能引起故障电流跃变，引起故障点电弧重燃，导致绝缘击穿，进一步扩大事故。DG 的接入还有可能造成非同期合闸。含 DG 的配电网发生故障后，DG 与其附近的负荷可能形成电力孤岛，电力孤岛很难与电网保持完全同步。在电网电源跳开后至重合闸时的这段时间内，两者之间的相角差可能出现在 0～360°之间的任何一个位置。非同期合闸会带来很大的冲击电流和暂态过电压，对 DG 机组和电网设备都有很大的损伤。

5 DG 对配电网电流保护的影响

(1)保护误动

如图5-1 所示，保护 B2 所在线路末端发生短路故障时，由于 DG 的接入，保护

B2 检测到的电流 将增大，并且 DG 的容量越大， 越大， 有可能大于电流保

护 I 段整定值 ，造成保护误动。

图 5-1 DG 对本线路下游保护的影响

保护 B1 和 B2 的无时限电流速断保护整定值：

,

式中， Zs 为电网的等效阻抗(pu)，和 分别为线路 AB，BC 阻抗(pu)，为

分布式电源和变压器阻抗(pu) 取 Zs =0.4 ， =1.09， =0.73， =1.2，则 =0.81， =0.54。接入 DG 后，保护 B2 检测到的故障电流，

=

取 DG 的次暂态电抗 为 0.25，则= , =

由图 5-2可见,BC 线路末端发生三相短路故障，当 DG 容量大于 6MVA 时，保护 B2 检测到的故障电流将大于其速断保护整定值，引起误动作。

6DG对重合器与分段器配合馈线的影响

(1)导致重合器误动

如图 6-1，在重合器与分段器配合的馈线上接入 DG，相邻线路 F1 点故障时，DG

会通过本馈线对故障点提供一反向电流，该反向电流流过重合器 R，如果此电流足够

大，将导致重合器 R 误动，严重情况下，如果系统侧或故障线路保护或开关拒动，将

导致重合器 R 反复重合。

6-1DG 对重合器与分段器配合馈线的影响

(2)导致分段器计数不正确，重合器与分段器无法配合

如图 6-1，F2 处故障，重合器跳闸后，DG 仍然对其下游线路供电，无论重合器

分合几次，S2 始终感受到电流流过，其内部计数器不进行计数，无法隔离故障点。因

此，分段器要顺利完成计数，DG 应该在重合器 R 每次分闸后从电网解列，这就要求

重合器分闸与重合之间有足够的时间完成 DG 的解列。

7、结束语

在全球能源形势日益严峻和生态环境不断恶化的背景下，分布式电源受到了越来

越多的关注。DG 的接入改变了传统配电网的单电源、放射状结构，这直接影响到配

电网继电保护装置的正常运行。本文分析了 DG 的接入对配电网电流保护和馈线自动

化的影响，研究和探讨了 DG 的并网保护问题，并提出了考虑短路电流约束的 DG 准

入容量计算模型及方法。主要内容及结论概述如下：

(1)介绍了配电网继电保护的工作原理和配电网的馈线自动化方案。我国配电网

主要采用速断和过电流两种保护方式，速断保护保护线路的全长，过流保护作为线路

的后备保护。配电网的馈线自动化主要有基于重合器的馈线自动化和基于 FTU 的馈

线自动化两种实现方式。

(2)DG 的位置及容量因素将影响配电网保护的准确动作。DG 的接入可能导致流

过其上游保护的短路电流减小，保护灵敏度降低；DG 所在线路的相邻线路发生故障

时，本线路的保护可能会误动，DG 的接入增大了流过其下游保护的短路电流，下游

保护可能误动。DG 的接入直接影响重合器与分段器、重合器与熔断器以及熔断器与

熔断器的配合，影响基于 FTU 的环网供电对故障区域的判定。

(3)DG 的并网保护对 DG 的接入是必要的。并网变压器的联接形式直接影响了

并网保护的功能实现，DG 并网的孤岛处理策略是并网保护的重要功能，本文探讨了

预想故障的计划孤岛运行，并分析了 DG 并网保护功能的要求及实现。

(4)针对 DG 接入对配电网原有继电保护的影响，提出了考虑短路电流约束的 DG

准入容量计算模型及方法。以配电网短路计算为基础建立了 DG 准入容量计算模型，