1、光伏發電系統基本原理

光伏發電是利用半導體界面的光生伏特效應，將光能直接轉變為電能的一種技術。典型的光伏發電系統可由光伏矩陣(太陽能電池方陣)、蓄電池、控制器、直流配電柜、逆變器和交流配電柜等設備組成，如下圖所示。其中光伏矩陣和逆變器是光伏發電系統的基本要素。通過串并聯太陽能電池組件形成光伏矩陣，并使得方陣電壓達到系統輸入電壓的要求。太陽能通過光伏組件轉化為直流電能，通過直流監測配電箱匯集至逆變器將直流電能轉化為交流電力。

2、配電網結構和傳動饋線繼電保護裝置

目前運行中的配電網主要由架空線路、電纜、配電變壓器、開關、無功補償電容以及其他設施組成，配電網的安全以及穩定性對于整個供電行業都有著至關重要的意義。

配電網在供電過程中根據電壓的高低，可以分為高壓配電網、中壓配電網以及低壓配電網三種，不同的配電網在運行過程中各自具備著不同的特點，目前配電網采用的運行方式一般是閉環設計以及開環運行，整體結構上呈現輻射狀，在配電網運行過程中，饋線繼電保護裝置是保障配電網安全穩定運行的關鍵，在配電網正常運行的前提下，饋線是處于單端電源供電狀態，在傳統的配電網饋線繼電保護裝置的設計過程中，是沒有考慮多途徑電源接入的問題，也就是說在傳統的配電網結構中，配電網和用戶是不可以進行任何外界其他電源進行供電，其整體潮流是從供電企業為的單方面電源向用戶流動的，系統中的饋線繼電保護裝置也是安裝在變電站線路處，并且主饋線上裝設著自動重合閘裝置，但是隨著光伏電源不斷的接入到電網之中整個配電網體系正在發生著變化，首先最顯著的變化就是接入配電網中的電源不在是單一的供電企業供電電源，配電網中的潮流也正在改變過去的單一式狀態，潮流改變的同時配電網系統中的短路電流也會發生改變。

繼電保護裝置是電力系統中最關鍵的保護裝置，其性能的穩定性對于電網安全穩定運行有這關鍵的意義，因此配電網進行繼電保護裝置的選擇過程中應該選取更加穩定可靠并且靈敏性高的裝置。目前的配電網采用的饋線保護裝置一般是分三中速斷保護進行的，也就是瞬時電流保護、定時限電流保護和過電流保護，瞬時電流速斷保護是指通過斷電方式來避免饋線末端短路時產生的最大三相短路電流，并且對故障進行及時的切除;定時限電流速斷保護其工作過程是與相鄰線路共同配合進而完成保護工作;過流速斷保護則是按照躲過饋線最大的負荷電流，而與相鄰饋線的過流保護特性進行配合保護，進而有效的保護相鄰饋線的安全。此外在架空的饋線還應該配置一個三相一次重合閘，以此來確保饋線在發生故障之后，可以及時的恢復正常供電狀態，進而保障整個配電網的可靠性。

3、光伏系統接入配電網時對饋線保護的影響

光伏發電系統一般是通過10kV饋線接入配電網的，當故障發生時，接入光伏電源后，其故障電流的大小和分布明顯與不接光伏電源時不同當光伏電源容量與配電網系統容量相比足夠大時，將會影響配電網原有繼電保護裝置的正常運行。由于光伏電源對故障電流的助增或分流作用，流過饋線保護的故障電流可能增大也可能減小，從而降低了饋線保護裝置的保護范圍和靈敏度。

3.1對故障短路電流的影響

在傳統配電網中，線路故障時短路電流為從電源端指向故障點的單一流向電流，因此主饋線上所配置的保護為無方向三段式過流保護或者反時限保護或者距離保護，另有重合閘裝置。光伏電源接入配電網，會使配電網原來的供電結構發生變化，光伏電源將通過線路向負荷輸送一定容量的功率。當配電網發生故障時，系統電源和光伏電源可能會同時向故障點提供短路電流，從而影響配電網短路電流的大小，甚至改變配電網短路電流的方向。短路電流的大小和方向將因受到光伏接人位置及容量的影響而發生變化，可能導致原保護系統發生誤動作。目前還沒有能夠很好的解決這一問題，這就需要在光伏電源接入配電網后，重新考慮各方面的因素，進行饋線繼電保護的整定計算，盡力使系統不會因為原保護系統的不正確動作而陷入頻繁的故障。

3.2對饋線重合閘的影響

實際上，配電網發生的故障基本上都是瞬時性的故障，因此在配電網中應用重合閘對提高系統的可靠性以及減少維護電網的工作量都有著很重要的意義。在單端供電的配電網結構下，對配電網饋線都是采用重合閘來實現瞬時故障的供電的，來保證配電網的安全穩定運行。但是光伏電源接入配電網后，若故障出現在系統電源進線側，則有可能在重合閘動作時造成非同期重合，對光伏發電系統造成沖擊如果光伏電源與配電網之間的聯絡線在發生故障后跳開了，那么光伏電源就不會影響重合閘對配電網的保護作用。但如果在發生故障時光伏電站電源沒有及時跳離饋線，那么就會與部分電網形成電力孤島。在光伏電源試圖維持孤島電源的情況下，卻同時也給重合閘帶來了很大的隱患，使得重合閘的作用難以實現，在重合過程中不成功或者是產生非同期的重合閘。在傳統的配電網繼電保護與重合閘的配合過程中，一般單獨采用前加速或者后加速方式，當采用前加速方式時，任何位置的故障都會跳開光伏電源，可能會擴大停電范圍，延長了用戶的停電時間。當采取后加速方式時，故障產生延時可能會使光伏電源受到負序電流的影響而遭到破壞。

3.3對備用電源的影響

光伏電源接入前，配電網為輻射狀網絡，線路采用三相一次重合閘，而變電站、重要負荷采用備自投，以保證緊急斷電時，特種設備的供電安全，提高供電可靠性。正常情況下，當主流電源因發生故障而斷開時，則需要利用備用電源自動投入到供電狀態，以盡快恢復供電。在接入光伏電源之后，為防止非同期合閘產生非常大的沖擊電流對配電網和光伏電源設備帶來的強烈沖擊，這就要求對備用電源的自動投入過程更快，要求更高，能夠迅速產生同期重合閘。

結語

隨著光伏電源逐漸的接入配電網中，配電網中的運行方式中饋線繼電保護正在發生著變化，在光伏電源接入配電網之后，配電網經常性的會出現短路故障，進而引起繼電保護的誤動和拒動對配電網的運行穩定性以及安全性帶來嚴重的影響。

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[3]楊東.配電網線損計算方法分析研究[D]西安理工大學，2003

作者簡介:

郝富國(1982.6.22)，男;山東煙臺人;漢族;本科;工程師;主要研究方向:物聯網采集、電路。