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摘 要：光伏并网发电系统以分为集中的形式运行时，受到自身特性的影响，所以系统接入配电网时，会导致较多问题的发生，因此要求重新考虑继电保护设备的使用。本文主要探讨了光伏发电系统对配电网保护的影响，并在光伏发电建模的基础上论述了改善配电网保护的有关对策。
关键词：光伏并网发电系统 概率模型 配网保护 可靠性
由于传统能源紧缺的现状，导致人们被迫寻找新的能源供应模式，而分布式发电（简称 DG）就是顺应这一趋势而诞生的。光伏发电系统（简称 PV 系统）作为 DG 发展中产生的一种典型形式，实现了太阳能有效利用，是一种发展潜力巨大的发电技术。目前光伏发电系统接入配电网后，一旦发生故障，原有的继电保护已经不能承担起保护的责任，因此给电网运行带来了很多安全隐患，必须重新设计配电网的继电保护。
一、光伏发电系统并网时的保护配置和特点
光伏发电并网系统通常由光伏阵列、并网逆变器和控制器等部分组成。光伏发电并网系统借助并网逆变器将电能直接送入电网。因此，逆变器可以称为光伏发电并网系统的核心装置。除此之外，光伏并网发电系统在接入电网时还需要其他保护措施，这样才能較为完善的保护配电网。比如有短路、过压、过流、欠频、过频及过热等基本保护设备，还有预防孤岛效应的特殊设备等[1]。一般条件下，电流限制器的最大电流水平及持续的时间决定逆变器故障时的电流。作为光伏发电并网保护装置，不仅要保护好光伏发电系统本身，防止孤岛效应等情况的发生，还要防止供电线路发生事故，或是供电功率失稳。
并网点与光伏发电系统输出间也要配备并网保护装置，这主要是为了避免光伏逆变系统发生故障或异常时对电网造成较大的不良影响。同时并网保护装置还能确保在电网发生故障时，不会损坏光伏发电系统。并网保护的常见功能有：低电压保护、过电压保护、低频率保护及孤岛保护等。
二、光伏发电系统对配电网电流保护的影响
（一）对配电网电流保护的影响的具体分析
在现有条件下，通常使用10 kV的馈线将光伏发电系统接入配电系统中。根据对接入光伏发电系统的配电网的监测显示，当发生故障时，其故障电流的大小及分布与不接光伏电源时存在明显的不同。当光伏电源容量占配电网系统总容量的比例足够大时，将会对配电网原有继电保护装置的运行造成极大的影响。这是因为故障电流经过光伏发电系统时，发生了增大或者分流的现象，所以导致故障电流经过保护装置可能忽然增大或减小[2]。光伏发电的接入改变保护装置的保护范围，并进一步降低了装置的灵敏度，这给多个保护装置间的相互配合带来较大的困难。下图1所示的是光伏发电系统与配电网典型接线示意图，根据对这个典型配电网的分析，可以将光伏电源对配电网电流保护的影响归纳为6个方面：
1.当光伏发电并网系统所处馈线的上游发生故障时，极易导致光伏电源所在馈线的保护动作失误。
2.相邻馈线一旦故障，反向故障电流极有可能引发本馈线保护误动作。
3.容量不同的光伏发电系统能引起本馈线部分保护的灵敏度不同程度的降低，甚至导致拒动发生，同时部分保护的灵敏性反而会增加。故障点位置的不同也会导致此类问题的发生。
4.光伏发电系统并网后能够增大或减小某些配电网电流保护的范围。
5.如图1所示，仅从10 kV母线A出口接入PV3时，可能导致母线A引出的各馈线发生故障。PV3产生了增大系统容量的作用，也相应的增大了短路电流，因此，导致各馈线的电流保护灵敏性提高[4]。
6.PV容量的增大至一定程度时，容易导致保护失去选择性。
（二）解决策略
对配电网电流保护的影响的具体分析可见：当光伏电源接入的不同位置或不同容量，影响配电网保护的程度明显不同[5]。若光伏电源的容量相比配电网容量较大时，当发生故障时提供的短路电流足够引起某些保护的保护拒动或误动作，这种情况下，继电保护的灵敏性、选择性将受到很大影响[6]。
上述情况的发生直接威胁着配电网的保护，因此必须寻找相应解决措施。本文根据文献资料，整理了几种方法，具体如下
1.由于电抗器具有高阻抗值的特性，因此可利用其限制分布式电源提供的短路电流。这个方法对解决分布式电源与保护间的协调性问题较为有效，但是会影响正常运行时的电压。
2.可以利用故障限流器来降低分布式电源助增电流作用对继电保护选择性的影响。
3.可将分布式发电系统划分为不同的功率带， 在配电网中采用自适应方法配合继电保护。这种方法使用的前提是，分布式发电容量必须大于本地负荷容量，并且要求配备功率控制装置。
4.采用反应两端电气量比较的光纤纵联差动保护等，可以减少保护整定值的频繁改动，从而满足继电保护选择性及速动性的要求。这种方法比较适合光伏并网系统。
三、光伏发电系统保护与配电网保护的配合
光伏发电系统在 10 kV以下时，可以直接与380 V配电网进行挂接。光伏发电系统首先要与本地负载连接，然后再通过断路器接入配电网。光伏发电系统接入点附近发生故障可能导致光伏发电系统侧断路器与系统侧断路器的动作配合时限发生问题。在自动重合闸断开后，应尽快切断光伏发电系统。若有多个光伏发电系统同时与配网连接时，要注意选择性的切断某些光伏发电系统，因为并非所有光伏发电系统都会影响线路保护及重合闸。这主要与光伏发电系统接入点和故障发生位置之间的距离有关，同时还受到光伏发电系统容量大小的影响。特别注意的是，配电网故障中80%的故障只是瞬时性的，因此，不能盲目的切断光伏发电系统，这会使光伏发电系统的利用效率大幅度降低，此外，经常性的起停会导致光伏发电系统设备使用寿命降低。综上所述，当配电网线路故障时，配电网保护和光伏发电系统保护间的应该如何配合仍是目前问题研究的重点。
结束语：
光伏发电系统存在失效模式、及孤岛效应等问题对配电网的保护都是极其不利的，而利用光伏发电建模探索保护配电网的有效措施具有十分重要的意义。未来配电网保护的相关装置仍是研究的重点，广大研究人员必须进一步加强相关方面的研究，为光伏发系统大量接入电网做好保障工作。
参考文献：
[1]李瑞生，周逢权，李燕斌.地面光伏发电系统及运用[M].北京： 中国电力出版社，2011（11）：16-23.
[2]别林登R.周家启，黄雯莹，译.工程系统可靠性评估—原理和方法[M]. 重庆： 重庆大学出版社，2013（01）：15-17.
[3]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T19939—2005 光伏系统并网技术要求[S]. 北京：出版者不详，2010（11）：31-35.
[4]谢开贵，周 平，周家启，等.基于故障扩散的复杂中压配电系统可靠性评估算法[J]. 电力系统自动化，2012（20）： 45-48.
[5]王 震，鲁宗相，段晓波，等.分布式光伏发电系统的可靠性模型及指标体系[J]. 电力系统自动化，2011，35（ 15） ：18-24.
关键词：光伏并网发电系统 概率模型 配网保护 可靠性
由于传统能源紧缺的现状，导致人们被迫寻找新的能源供应模式，而分布式发电（简称 DG）就是顺应这一趋势而诞生的。光伏发电系统（简称 PV 系统）作为 DG 发展中产生的一种典型形式，实现了太阳能有效利用，是一种发展潜力巨大的发电技术。目前光伏发电系统接入配电网后，一旦发生故障，原有的继电保护已经不能承担起保护的责任，因此给电网运行带来了很多安全隐患，必须重新设计配电网的继电保护。
一、光伏发电系统并网时的保护配置和特点
光伏发电并网系统通常由光伏阵列、并网逆变器和控制器等部分组成。光伏发电并网系统借助并网逆变器将电能直接送入电网。因此，逆变器可以称为光伏发电并网系统的核心装置。除此之外，光伏并网发电系统在接入电网时还需要其他保护措施，这样才能較为完善的保护配电网。比如有短路、过压、过流、欠频、过频及过热等基本保护设备，还有预防孤岛效应的特殊设备等[1]。一般条件下，电流限制器的最大电流水平及持续的时间决定逆变器故障时的电流。作为光伏发电并网保护装置，不仅要保护好光伏发电系统本身，防止孤岛效应等情况的发生，还要防止供电线路发生事故，或是供电功率失稳。
并网点与光伏发电系统输出间也要配备并网保护装置，这主要是为了避免光伏逆变系统发生故障或异常时对电网造成较大的不良影响。同时并网保护装置还能确保在电网发生故障时，不会损坏光伏发电系统。并网保护的常见功能有：低电压保护、过电压保护、低频率保护及孤岛保护等。
二、光伏发电系统对配电网电流保护的影响
（一）对配电网电流保护的影响的具体分析
在现有条件下，通常使用10 kV的馈线将光伏发电系统接入配电系统中。根据对接入光伏发电系统的配电网的监测显示，当发生故障时，其故障电流的大小及分布与不接光伏电源时存在明显的不同。当光伏电源容量占配电网系统总容量的比例足够大时，将会对配电网原有继电保护装置的运行造成极大的影响。这是因为故障电流经过光伏发电系统时，发生了增大或者分流的现象，所以导致故障电流经过保护装置可能忽然增大或减小[2]。光伏发电的接入改变保护装置的保护范围，并进一步降低了装置的灵敏度，这给多个保护装置间的相互配合带来较大的困难。下图1所示的是光伏发电系统与配电网典型接线示意图，根据对这个典型配电网的分析，可以将光伏电源对配电网电流保护的影响归纳为6个方面：
1.当光伏发电并网系统所处馈线的上游发生故障时，极易导致光伏电源所在馈线的保护动作失误。
2.相邻馈线一旦故障，反向故障电流极有可能引发本馈线保护误动作。
3.容量不同的光伏发电系统能引起本馈线部分保护的灵敏度不同程度的降低，甚至导致拒动发生，同时部分保护的灵敏性反而会增加。故障点位置的不同也会导致此类问题的发生。
4.光伏发电系统并网后能够增大或减小某些配电网电流保护的范围。
5.如图1所示，仅从10 kV母线A出口接入PV3时，可能导致母线A引出的各馈线发生故障。PV3产生了增大系统容量的作用，也相应的增大了短路电流，因此，导致各馈线的电流保护灵敏性提高[4]。
6.PV容量的增大至一定程度时，容易导致保护失去选择性。
（二）解决策略
对配电网电流保护的影响的具体分析可见：当光伏电源接入的不同位置或不同容量，影响配电网保护的程度明显不同[5]。若光伏电源的容量相比配电网容量较大时，当发生故障时提供的短路电流足够引起某些保护的保护拒动或误动作，这种情况下，继电保护的灵敏性、选择性将受到很大影响[6]。
上述情况的发生直接威胁着配电网的保护，因此必须寻找相应解决措施。本文根据文献资料，整理了几种方法，具体如下
1.由于电抗器具有高阻抗值的特性，因此可利用其限制分布式电源提供的短路电流。这个方法对解决分布式电源与保护间的协调性问题较为有效，但是会影响正常运行时的电压。
2.可以利用故障限流器来降低分布式电源助增电流作用对继电保护选择性的影响。
3.可将分布式发电系统划分为不同的功率带， 在配电网中采用自适应方法配合继电保护。这种方法使用的前提是，分布式发电容量必须大于本地负荷容量，并且要求配备功率控制装置。
4.采用反应两端电气量比较的光纤纵联差动保护等，可以减少保护整定值的频繁改动，从而满足继电保护选择性及速动性的要求。这种方法比较适合光伏并网系统。
三、光伏发电系统保护与配电网保护的配合
光伏发电系统在 10 kV以下时，可以直接与380 V配电网进行挂接。光伏发电系统首先要与本地负载连接，然后再通过断路器接入配电网。光伏发电系统接入点附近发生故障可能导致光伏发电系统侧断路器与系统侧断路器的动作配合时限发生问题。在自动重合闸断开后，应尽快切断光伏发电系统。若有多个光伏发电系统同时与配网连接时，要注意选择性的切断某些光伏发电系统，因为并非所有光伏发电系统都会影响线路保护及重合闸。这主要与光伏发电系统接入点和故障发生位置之间的距离有关，同时还受到光伏发电系统容量大小的影响。特别注意的是，配电网故障中80%的故障只是瞬时性的，因此，不能盲目的切断光伏发电系统，这会使光伏发电系统的利用效率大幅度降低，此外，经常性的起停会导致光伏发电系统设备使用寿命降低。综上所述，当配电网线路故障时，配电网保护和光伏发电系统保护间的应该如何配合仍是目前问题研究的重点。
结束语：
光伏发电系统存在失效模式、及孤岛效应等问题对配电网的保护都是极其不利的，而利用光伏发电建模探索保护配电网的有效措施具有十分重要的意义。未来配电网保护的相关装置仍是研究的重点，广大研究人员必须进一步加强相关方面的研究，为光伏发系统大量接入电网做好保障工作。
参考文献：
[1]李瑞生，周逢权，李燕斌.地面光伏发电系统及运用[M].北京： 中国电力出版社，2011（11）：16-23.
[2]别林登R.周家启，黄雯莹，译.工程系统可靠性评估—原理和方法[M]. 重庆： 重庆大学出版社，2013（01）：15-17.
[3]国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会. GB/T19939—2005 光伏系统并网技术要求[S]. 北京：出版者不详，2010（11）：31-35.
[4]谢开贵，周 平，周家启，等.基于故障扩散的复杂中压配电系统可靠性评估算法[J]. 电力系统自动化，2012（20）： 45-48.
[5]王 震，鲁宗相，段晓波，等.分布式光伏发电系统的可靠性模型及指标体系[J]. 电力系统自动化，2011，35（ 15） ：18-24.