1含光伏電源配電網保護方案

1.1保護方案1

根據光伏電源接人的位置將饋線2分成2個區域：光伏電源上游區域．由線路AB和BC組成；光伏電源下游區域．由線路CD和加組成。上游區域加裝斷路器5和保護裝置5．下游區域需加裝斷路器3和保護裝置3為了能在發生故障時較快地切除故障．以減小短路對光伏電源的破壞，引入反時限過電流保護。該保護克服了短路點越靠近電源．保護動作時間越長的缺點。整定原則：在最大運行方式下，下一級線路出口短路時．上一級保護的動作時限要比下一級保護高一個時間階梯，保證其他運行方式下保護動作時限均能滿足選擇性要求。．點發生短路，保護4整定為瞬時動作，保護3動作時限比保護4高出一個時間階梯。當光伏電源輸出功率變小或退出運行時，保護3和保護4能夠可靠配合。點短路時．保護2的動作時限比保護3高出一個時間階梯出．

當光伏電源接人以后．保護2和保護3能夠滿足選擇性要求。保護1處的反時限保護，按照相同方法與保護2進行時限上的配合。當系統和光伏電源同時存在時，在保護1、2、5處加裝功率方向元件．保證各保護之間動作的選擇性。保護安裝地點附近正方向發生三相短路．由于母線電壓降低至零．方向元件失去判別依據．導致保護拒動，方向電流保護存在動作的“死區”。因此，在光伏電源上游區域保護1和5處配置方向比較式縱聯保護，它可以快速地切除保護范圍內部的各種故障。考慮到光伏電源上游區域發生故障時．光伏電源輸出功率較小或已退出運行．導致方向比較式縱聯保護5處方向元件靈敏度不足．在保護5處配置弱饋保護。在保護1和5處設置重合閘功能．采用重合閘前加速保護方式．利用重合閘提供的條件加速切除故障。如果光伏電源上游區域故障是瞬時性的．重合閘動作之后就恢復供電：如果故障是永久性的，故障由過電流保護1或2有選擇性地切除。保護l配置一般重合閘．保護5的重合閘功能在保護1判定為瞬時性故障時由保護1來啟動．此時光伏電源存在，保護5重合閘需檢同期。對于饋線1．按照傳統的重合閘前加速或后加速方式的電流保護進行配置。保護動作行為：光伏電源上游區域內任一點發生故障時．方向比較式縱聯保護兩側的方向元件判斷為正方向．認為發生了區內故障．可靠動作斷開保護l處和保護5處的斷路器。隨后保護1處斷路器快速重合，如果是瞬時性故障，重合后故障消失。接著保護5處斷路器重合．恢復對整條饋線的供電。如果是永久性故障，由保護1處和保護2處的反時限過電流保護選擇性動作切除故障。光伏電源輸出功率變小或退出運行，導致保護5處的方向元件靈敏度降低，由于保護5處裝設了弱饋保護．可保證弱電源側可靠動作。

當光伏電源下游區域內發生故障時，以重合閘前加速方式為例．首先保護3處的電流速斷保護瞬時動作．隨后重合。如果是瞬時性故障，重合后故障將消失：如果是永久性故障，則由保護4處或保護3處的反時限過電流保護選擇性動作切除故障。光伏電源下游的反時限保護按光伏電源的最大出力來進行配合，當光伏電源的輸出功率變小或退出運行時．光伏電源下游發生故障后有選擇性地動作．不受光伏電源輸出功率變化的影響．相鄰饋線l發生故障時．光伏電源上游區域加設了方向元件．保護1和保護2不會誤動作。保護5動作可能形成孤島．含光伏電源的配電網與主配電網分離后．繼續向所在的獨立配電網輸電，形成的孤島對系統、用戶設備、維護人員等造成危害，運行過程出現的供需不平衡損害電能質量．降低配電網供電可靠性。配電網需有事先策略來應付孤島的出現．對此可進行孤島的劃分．以維持孤島內功率平衡以及電壓頻率的穩定。孤島是光伏并網出現的一種新的運行方式．

1.2保護方案2

在光伏電源上游線路兩端電流保護加裝方向元件，借助兩端通信的方法來滿足選擇性要求。對光伏電源上游的線路、電源側裝設兩段式方向電流保護，對側不裝設保護。方向電流保護I段電流定值，k按照系統最小運行方式下線路末端短路動作的原則整定．動作時間￡I-0s，即：，b=Krel^．盯i。(12)其中，‰取0．9；，k岫為線路末端短路的最小短路電流。方向電流保護Ⅱ段電流定值，墜按照躲開負荷電流的原則整定．動作時限取階梯型．與常規的電流Ⅲ段整定原則相同。如圖11所示．保護I段與相鄰饋線保護I段構成通信單元．相鄰饋線I段保護不動作開放本地饋線I段保護，反之．閉鎖本地饋線I段。本地饋線I段保護動作且收不到閉鎖信號就判為內部故障．跳開本側斷路器同時發送遙控信息到對端．使對側斷路器也跳閘．將故障隔離。光伏電源上游最末線路末端需裝設方向元件．將線路的兩側保護構成通信單元．當出口保護I段動作且末端功率方向為正時．判為本地線路故障．跳開兩側斷路器。光伏電源下游保護按三段式電流保護助增情況整定。保護動作行為：后，點故障時，保護l功率方向為正．電流I段動作；保護2功率方向為負，方向電流保護不動作．不給保護1發閉鎖信號；保護1跳閘，同時發送遙控信息控制斷路器2跳閘．將故障隔離。矗，點故障．保護1和保護2方向電流I段動作，保護3功率方向為負．方向電流保護不動作：保護2給保護1發閉鎖信號．保護1不動作：保護3不向保護2發送閉鎖信號．保護2判為內部故障．斷開曰C兩側斷路器．將故障隔離。同理，后，點故障時，保護2方向電流I段動作，保護4功率方向為正。判為線路CD內部故障．斷開兩側斷路器．將故障隔離。當有多個光伏電源接入時．保護的配置以及整定分析方法類似。本文提出的2種保護方案能有效解決文獻中提到的保護問題。

2算例分析

10kV配電網參數為5。=600MV·A，仉=10．5kV；架空線路的參數為n=0．27Q／km，戈1_O．347Q／km，在每個節點處接人額定容量為5MV．A、額定功率因數為0．85的負荷。光伏發電系統的容量取6、12MV·A。配電系統如圖12所示。利用PSASP對此系統進行仿真分析。仿真方案1：不接入光伏電源，饋線2上各保護流過的最大負荷電流以及相應的過電流保護定值。在系統最小運行方式下．饋線2各段線路末端發生兩相短路時流過各保護的短路電流。接人PV最小運行方式下各段線路末端故障時．流過饋線2各保護的短路電流所示．光伏電源出力發生變化．當線路∞、加末端發生故障時，保護3、4能可靠動作切除故障。當線路BC末端發生故障時，光伏電源出力為O．方向縱聯保護能可靠動作，隨后保護1處的斷路器重合．如果是永久性故障．保護2將可靠跳閘。當線路A曰末端發生永久性故障時．保護1能可靠動作。當相鄰饋線始端發生故障且光伏電源出力最大時．流過保護1、2的短路電流分別為1．26kA和1．212kA，由于保護1、2處分別加裝了方向元件，故它們不會誤動作。仿真方案2：取系統最大運行方式下的阻抗X。血。=0．091Q，取最小運行方式下的阻抗X。一=0．126Q；取末端負荷阻抗為30+i15．7n，取光伏電源的容量為6MV．A。根據式(12)計算出保護l和保護2的I段整定值為：，乙，=5．44kA，，k=2．905kA。系統最大運行方式下，各線路末端三相短路時，流過饋線2的短路電流為：線路AB末端短路。故障電流為7．002kA；線路口C末端短路，故障電流為3．154kA：線路∞末端短路，故障電流為1．215kA：線路DE末端短路，故障電流為0．834kA?？芍€路AB末端故障后，保護1的方向電流I段動作，保護2的方向電流I段不動作．不向保護1發閉鎖信號．則保護1跳閘．同時發送遙控信息控制斷路器2跳閘，將故障隔離。通過實例分析．采用以上保護方案后．對于接有光伏電源的配電網．2種方案均能正確動作。

3結論

本文用PSASP對所提出的2種保護方案進行了仿真驗證．結果表明保護具有良好的選擇性。目前．青海省正在積極推進太陽能及產業的發展．今后的配電網將是含有大量光伏電源的網絡，含光伏電源配電網的饋線保護方案必將得到越來越廣泛的應用。

作者：李斌 袁越 單位：山西大學