降低光伏发电对海南电网的影响.doc

1、降低光伏发电对海南电网的影响摘要：光伏发电在海南电网并网，改变了电网系统结构及电网中短路电流分布，从而影响了电网中潮流、线路保护及安全自动装置的变化。对此，需要采取不同的策略，并提出相应的解决方案，降低光伏发电对海南电网的影响。 关键词：光伏发电;线路保护;短路电流;电网系统;重合闸; 中图分类号：TV212 文献标识码： A 引言： 地球上太阳能资源丰富、分布广泛，是 21 世纪最具发展潜力的可再生能源。在此背景下，全球光伏发电产业增长迅猛，产业规模不断扩大，质量提出了更高的要求。 光伏发电系统的并网,使海南电网从单系统放射状网络变为分布有中小型系统的有源网络,对电网的短路电流和继电保护造成

2、一定的影响。在进行电网设备选择、校验和继电保护配置、整定时,应该考虑光伏系统对短路电流的影响。 目前,光伏系统的研究以光伏发电系统本身以及对外部电网的影响为主。因此，很有必要分析不同位置和容量的光伏发电系统并网对海南电网继电保护和自动重合闸的影响。 1 光伏发电系统模型 基于换流器并网的三相光伏发电系统由光伏阵列、逆变器及交流电路组成。其中,交流电路由滤波器和变压器组成。 1.1 光伏阵列模型 光伏阵列由大量光伏组件组成, 其输出电流： 式中 V、I 光伏阵列输出电压和电流; N 光伏组件串的串联数; M 光伏组件串的并联数; Il 单位光伏组件产生的光电流; I0 二极管反向饱和电流; A

3、光伏组件的理想因子; Rs、 Rsh 单位光伏组件的串联和并联阻抗; k 玻尔兹曼常数; q 电荷常数; Tp 电池表面温度。 1.2 逆变器模型 采用基于电压源逆变器的光伏并网系统, 根据图 1 由 KCL 和 KVL 得到一组方程 =t-u=Uc/2 式中： ua 、ub 、uc 交流母线电压基波分量; ia、ib 、ic 逆变器三相输出电流; r、l 电阻、电抗; 系统基波角速度; Uc 逆变器输出电压的基波分量; u 和 Uc 之间的相角差 2 含光伏发电系统的电网短路电流分析 2.1 传统的电网保护主要采用速断和过电流两种保护方式 考虑到电网大部分故障为瞬时性故障,通常主馈线上装设三

4、相一次自动重合闸装置以提高供电可靠性。光伏发电系统并入电网后,当线路发生故障时,如光伏系统未能从系统解列,则光伏并网系统会对瞬时电流速断保护和一次自动重合闸产生影响。 含光伏发电系统的仿真系统图： 2.2 不同位置和不同容量光伏发电系统接入电网后短路计算 根据传统电网保护配置情况，在快速切除光伏系统的前提下，电网出现故障时，光伏系统只对电流速断保护产生影响。光伏并网并网对保护产生的影响，主要取决于光伏系统的接入位置和容量。 取基准容量 100MVA，含光伏发电的系统在节点 1、3、4、6 不同位置发生短路时流过保护的电流如下： 短路节点 名称 短路点的 短路电流 流过保护 B 的电流 B1 B

5、2 B3 节点 1 9701.5 0 0 0 节点 3 4271.8 4279.0 4271.3 0 节点 4 3002.8 3002.3 3007.9 0 节点 6 1889.4 1926.7 1909.8 1889.1 接入不同系统容量的含光伏发电系统，在节点 2、3 两个位置发生短路时流过保护的电流如下： 光伏系统容量/MW 短路点的 短路电流 流过保护 B 的电流 B2 B3 0 1889.4 1909.8 1889.1 1.5 2943.0 1316.8 2942.6 3 2972.1 1291.1 2971.6 5 3002.3 1265.8 3001.8 3 光伏并网对系统电流保

6、护的影响 3.1 当光伏系统在保护范围, 故障点在保护下游时, 由于光伏系统对短路电流的助增作用,短路电流会增大电流速断保护的灵敏度, 但如果线路为非终端线路,光伏系统距离故障点越近, 短路电流增加越明显,则相邻下一级线路故障有可能使保护失去选择性。 3.2 如果容量没有加以限制随着保护距离的不断增大,保护延伸至下一级线路, 可能会引起误动，失去保护选择性。 3.3 光伏电站对重合闸的影响 光伏系统接入海南电网后,一旦保护因故障动作跳闸,在光伏系统未从线路解列的情况下,形成由光伏系统供电的电力孤岛。这些电力孤岛虽然能够保持功率和电压在额定值附近运行,但是将对自动重合闸产生以下两种潜在的威胁。

7、(1)非同期合闸：电网形成电力孤岛后,在线路断路器断开至重合闸动作这段时间内,光伏系统与系统电源 的电势角会摆开,当电势角达到一定值时,导致非同期重合闸,进而在光伏系统和系统电源之间形成很大的冲击电流或电压。 冲击电流的作用下,保护设备很可能误动,使自动重合闸失去迅速恢复瞬时故障的能力。同时,冲击电流也很可能对主电网和未解列的光伏并网系统中的逆变器等设备产生致命的冲击。 (2)故障点电弧重燃 当电网失去系统电源后,未解列的光伏系统会继续对故障点供电, 进行重合闸时,光伏系统提供的故障电流阻碍了故障点电弧的熄灭, 引起故障点持续电弧,可能导致原本的瞬时故障变为永久性故障。 4 采取的措施 4.1

8、 为减小光伏系统对海南电网保护的影响，在光伏电站上网线路（即恒基伟业光伏至共和变、蓓翔光伏至恒基伟业光伏以及黄河特许共和光伏）配置光纤差动保护，当线路出现故障时立即跳闸，保证了保护的选择性和灵敏性。 4.2 为减小光伏系统对重合闸的影响,光伏系统侧需装设检同期装置, 系统侧需装设检无压装置。 根据光伏系统并网控制目标:控制逆变器输出的交流电流为稳定的高质量的正弦波,且与电网电压同频、同相,逆变器通常选择输出电流为控制对象,即光伏系统逆变器本身就具有不断调节输出电流以跟踪系统电流的功能,当逆变器的输出与系统同步后再进行重合闸,实现准同期重合闸。另外,光伏系统侧装设低周、低压解列装置,在保护拒动时

9、将光伏系统切除。 5 结语: 光伏发电已成为太阳能利用的主要形式，光伏电站大规模在海南电网并网，对电网结构和短路电流分布产生深刻影响，由此给传统电网继电保护带来一些影响，本论文结合海南电网系统内光伏发电的实际，结合保护及安全自动装置理论，得出不同容量、位置光伏发电系统并网对继电保护和重合闸的影响,并提出相应改进办法，有效地控制了光伏电站接入海南电网的影响，提高了海南电网的安全可靠稳定运行，为 2013 年普及光伏发电并网提供了更好的依据和保证。 参考文献： 1王晓舟,陈鑫.分布式发电与配电网保护协调性研究J.继电器, 2011,34(3) 2许周林,王武剑.光伏阵列最大功率点跟踪控制方法综述J.高电压技术,2012,3 3张美琴,苏徽,张国.大型光伏并网系统的建模与仿真J.合肥工业大学学报(自然科学版), 2009,28