分布式光伏發(fā)電及配電網(wǎng)的保護(hù)機(jī)制的探究
分布式光伏發(fā)電屬于可再生能源發(fā)電，已經(jīng)得到了大力的發(fā)展，然而，將分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)，給傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)帶來(lái)了一定的影響，因此，研究保護(hù)機(jī)制具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文分析了分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響，提出了具體的保護(hù)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上研究出了保護(hù)機(jī)制。
近年來(lái)，隨著人們都在長(zhǎng)期利用能源的過(guò)程中，利用化石資源如煤炭、天然氣和石油等化石時(shí)期僅是一個(gè)很短的時(shí)期，然而燃燒化石能源所排出的二氧化碳和含氧硫化物，直接導(dǎo)致了地球溫室效應(yīng)和酸雨的產(chǎn)生，化石能源的大量開(kāi)發(fā)利用是造成人類(lèi)生存環(huán)境惡化的主要原因之一，人類(lèi)面臨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)，化石能源被新能源取代是歷史的必然。因此，在有限資源和環(huán)保要求的雙重制約下，人類(lèi)應(yīng)未雨綢繆，及早尋求替代能源，這就要求我們所尋求的替代能源必須是可再生的清潔能源，太陽(yáng)能就是可再生能源的一種。
一、光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
隨著光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，分布式光伏發(fā)電日漸成為滿(mǎn)足負(fù)荷增長(zhǎng)需求、減少環(huán)境污染、提高能源綜合利用率、提高供電可靠性的一種有效途徑。德國(guó)是在本世紀(jì)初開(kāi)始實(shí)行這一政策的，在世界上處在領(lǐng)先的地位。歐洲的有關(guān)機(jī)構(gòu)也對(duì)這一技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了預(yù)估：到二十年代，世界上的太陽(yáng)能發(fā)電總量將會(huì)是所有能源的百分之一，到了本世紀(jì)中葉，就可以達(dá)到五分之一，世紀(jì)末將超過(guò)一半。在這方面，我國(guó)也推行了一些發(fā)展策略。要求通過(guò)提升能源的開(kāi)發(fā)率讓能源使用更加廣泛，提升能源的使用率來(lái)降低使用的成本。有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，到2025年，我國(guó)新能源發(fā)電就可以占據(jù)總發(fā)電量的四分之一，因?yàn)樘?yáng)能光伏發(fā)電越來(lái)越頻繁，利用提升發(fā)電率來(lái)降低成本，穩(wěn)定電網(wǎng)也受到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。如今的光伏發(fā)電技術(shù)日益成熟，也朝著并網(wǎng)發(fā)電以及建筑結(jié)合發(fā)電的方向發(fā)展。當(dāng)然，國(guó)內(nèi)的這一技術(shù)仍然存在一些問(wèn)題，比如大多數(shù)的原材料依然需要進(jìn)口才能獲取，而產(chǎn)品也是大多運(yùn)到了國(guó)外，高價(jià)買(mǎi)材料，低價(jià)售產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)一直停滯不前，這才讓我國(guó)現(xiàn)在的光伏產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了調(diào)整。
二、分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響
一般是通過(guò)35kV及以下電壓等級(jí)饋線(xiàn)接入，當(dāng)二者的容量比足夠大時(shí)，就會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的短路電流產(chǎn)生影響，進(jìn)而對(duì)保護(hù)裝置整定和配合原則產(chǎn)生影響。分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響主要體現(xiàn)在六方面：
（一）如果是在分布式光伏發(fā)電接入饋線(xiàn)的上游發(fā)生故障，那么饋線(xiàn)下游的保護(hù)裝置就可能會(huì)發(fā)生誤動(dòng)作；
（二）如果故障發(fā)生在相鄰的饋線(xiàn)，那么本饋線(xiàn)就可能發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)作；
（三）將分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)，會(huì)影響到饋線(xiàn)部分的保護(hù)靈敏度，一旦靈敏度發(fā)生變化，就會(huì)導(dǎo)致拒動(dòng)或者誤動(dòng)的發(fā)生；
（四）饋線(xiàn)本身具有特定的保護(hù)范圍，將分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)，會(huì)對(duì)饋線(xiàn)的保護(hù)范圍產(chǎn)生影響，使其發(fā)生變化；
（五）當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入變電站低壓母線(xiàn)時(shí)，配電網(wǎng)中各個(gè)饋線(xiàn)的電流保護(hù)靈敏性會(huì)大大地提高，這是由于接入低壓母線(xiàn)后，系統(tǒng)的短路容量就會(huì)增大很多，相應(yīng)的短路電流也會(huì)增加，所以靈敏性就隨之增高；
（六）分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)之后，一旦容量增大，就可能會(huì)導(dǎo)致配電網(wǎng)保護(hù)失去選擇性。
三、分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的新型保護(hù)技術(shù)
（一）過(guò)流保護(hù)
在光伏逆變器中，要跟蹤太陽(yáng)光伏陣列的最大功率點(diǎn)，而且還需要進(jìn)行采樣，采樣的對(duì)象包括三個(gè)，分別是直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流以及交流測(cè)電流。對(duì)于是否對(duì)電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)的判斷，已經(jīng)采用了這個(gè)方法，而且由于光伏逆變器存在分辨率高的特性，所以在對(duì)電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)時(shí)，靈敏度非常的高。在對(duì)電路進(jìn)行過(guò)電流保護(hù)時(shí)，采用光伏逆變器的方法，該保護(hù)方法由三部分組成：過(guò)流保護(hù)主電路、過(guò)流保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路、過(guò)流保護(hù)控制電路。
（二）過(guò)欠電壓保護(hù)
對(duì)小型的光伏發(fā)電站來(lái)說(shuō)，當(dāng)電網(wǎng)電壓出現(xiàn)異常時(shí)，過(guò)欠電壓保護(hù)將會(huì)發(fā)揮作用，根據(jù)不同的情況以不同的停止發(fā)電時(shí)間。但是對(duì)于大型的光伏發(fā)電站來(lái)說(shuō)，要通過(guò)低電壓穿越能力來(lái)提升抗電網(wǎng)擾動(dòng)的能力。
對(duì)雷擊過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的防止，采用的方法就是光伏發(fā)電站的過(guò)電壓保護(hù)。過(guò)電壓包括兩種類(lèi)型：縱向和橫向，因此在實(shí)行保護(hù)時(shí)，要堅(jiān)持同時(shí)考慮兩種類(lèi)型過(guò)電壓保護(hù)原則。具體說(shuō)來(lái)，光伏發(fā)電站的過(guò)電壓保護(hù)措施有兩種：
1、單級(jí)保護(hù)，主要是對(duì)雷電等暫態(tài)電壓的一次保護(hù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方法是應(yīng)用壓敏電阻和氣體放電管；
2、多級(jí)保護(hù)，適用于單級(jí)保護(hù)不能起到良好的保護(hù)作用，且逆變器耐壓水平較低。
（三）過(guò)欠頻率保護(hù)
在小型光伏發(fā)電站中，特定的頻率范圍為49.5Hz～50.2Hz，如果分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的頻率超過(guò)了這個(gè)范圍，那么就需要啟動(dòng)過(guò)欠頻率保護(hù)。在大中型光伏發(fā)電站中，一定要具備的能力就是抵抗系統(tǒng)頻率異常擾動(dòng)。
（四）反孤島保護(hù)
當(dāng)外部大電網(wǎng)發(fā)生異常時(shí)，就會(huì)變成停電狀態(tài)，這時(shí)，接入配電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電仍對(duì)一部分配電系統(tǒng)繼續(xù)供電，這被稱(chēng)之為孤島現(xiàn)象，孤島現(xiàn)象包括計(jì)劃性和非計(jì)劃性?xún)煞N。而反孤島保護(hù)就是當(dāng)發(fā)生孤島現(xiàn)象時(shí)，將光伏發(fā)電站與孤島系統(tǒng)間的連接斷開(kāi)，將孤島現(xiàn)象運(yùn)行的條件消滅掉，避免孤島現(xiàn)象危害到用戶(hù)設(shè)備及設(shè)備檢修工作。
四、分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)機(jī)制研究
（一）短路電流的計(jì)算方法
在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)中，短路電流的計(jì)算方法有四種：等效電壓源算法、疊加算法、相零回路電流算法、瞬態(tài)仿真算法。前三種用來(lái)計(jì)算穩(wěn)態(tài)故障電流，第四種用來(lái)計(jì)算暫態(tài)故障電流。當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)之后，對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)產(chǎn)生了很大的影響：配電系統(tǒng)具有多電源性、線(xiàn)路傳輸?shù)挠泄β逝c無(wú)功功率的數(shù)量和方向發(fā)生改變。這樣一來(lái)，對(duì)于配電網(wǎng)的保護(hù)提出了新的要求，而且在對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)進(jìn)行研究的同時(shí)還要研究出新的短路電流計(jì)算方法，新的短路電流計(jì)算方法可以在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，同時(shí)結(jié)合分布式光伏發(fā)電的特點(diǎn)。
（二）保護(hù)整定及配置原則
當(dāng)分布式光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)時(shí)，饋線(xiàn)的保護(hù)可分為上游主饋線(xiàn)的保護(hù)、上游分支饋線(xiàn)的保護(hù)、下游主饋線(xiàn)的保護(hù)、下游分支饋線(xiàn)的保護(hù)，不同位置饋線(xiàn)的保護(hù)對(duì)分布式光伏發(fā)電站的容量影響也不相同。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，故障發(fā)生在保護(hù)的上游和發(fā)生在保護(hù)范圍內(nèi)以及保護(hù)的下游，對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生的影響也是不相同的，要根據(jù)具體故障發(fā)生的位置實(shí)施具體的保護(hù)。
近些年來(lái)，分布式光伏發(fā)電越來(lái)越得到了快速的發(fā)展，分布式光伏發(fā)電依賴(lài)的是太陽(yáng)能，屬于可再生能源。將分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)中，對(duì)傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生了一定的影響，主要體現(xiàn)在可靠性、靈敏性和選擇性三方面，為了更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)，研究出了新的配電網(wǎng)保護(hù)機(jī)制，保證配電網(wǎng)輸電的正常運(yùn)行。
原標(biāo)題:分布式光伏發(fā)電及配電網(wǎng)的保護(hù)機(jī)制的探究