王娟
摘要： 光伏发电（PV）系统并入配电网后，必定会改变原来配电网的拓扑结构。传统配电网的继电保护已不能满足要求。因此，研究光伏并网对配网继电保护的影响对推动光伏系统并网有十分重要的意义。利用PSCAD/EMTDC软件建立光伏发电模型，分析了光伏发电接入不同位置和容量的情况下，对配网继电继电保护的影响。仿真结果表明，光伏发电接入配网始端时，对配电网的短路电流有助增作用，接入末端时，对本馈线故障处上游短路电流没有影响，但会造成下游形成孤岛效益。当光伏发电容量较大时，可能会造成继电保护产生误动。
关键词：光伏发电；配电网；继电保护
中图分类号：TM61 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（a）-0000-00
0 引言
自建国以来，全国以经济建设为中心，大力发展生产力，人民生活水平显著提高。但到2000年开始环境问题成为焦点。如今雾霾、二氧化碳排放过多导致全球变暖等等环境问题更是数不胜数。近年来，我国能源需求持续快速增长，特别是石油资源的大量消耗，不仅对生态环境造成严重影响，而且随着石油对外依存度的不断增加，给国家能源安全带来潜在风险。固然，能源对于一个国家的安全、稳定、发展和人民生活水平提高有着极其重要的作用。我们在经济发展的同时，不能只想以经济发展为主要的目标。用牺牲环境来取得相应的成就，这样只会适得其反。国家相关部门也提出了相应的问题对于电力行业的全面认识。《中国电力与能源》中指出，中国能源危机、经济瓶颈应该以电力为核心。寻找新的电力资源，发掘电力潜能，提高电力技术水平是把电力作为中心的指导方向，只有这样我国在能源危机以及经济被能源所遏制的情况才能改善[1-2]。
我国能源分布极为不均，西部可利用的新能源蕴含总量远超我国沿海及中东部。光能，风能，地热能等西部储量统计为东部5倍以上。然而我国需求能源也极为不均，东部及东部沿海为能耗最多的地区，而西部工业少需求量小。能源的传输十分重要。故并网发电是符合我国特点的发电方式。
上述问题新能源的开发利用可以很好地解决。水利发电不会排放有害气体，但水利发电占地大，至今没有论证它是否对生态环境有影响。并且水利发电投资大，建设期长。核电发电效率高，占地相对较小，但核废料至今没有很好地处理办法，其中核辐射也会造成环境污染，一旦核电站出问题还会危及地域安全。风电占地大，风能地域分布不均，维护经费高。最适合发展的是并网式光伏发电，其发电系统灵活性高，建设周期短，扩展容量方便；光能可利用蘊含地广，不受地域限制；污染小，由于发电是电力电子器件不涉及气体污染，工作运行时声音较小；维护费用低，运行可靠，工作方式简单。
随着光伏发电的成熟，成本越来越低，我国又是光伏板出产大国，光伏系统并网成为利用这一资源的最好方式。然而，光伏发电有其自己的特点。并且配电网各不相同，光伏发电并网后接入容量、接入位置，势必会影响配电网的拓扑结构，改变系统的潮流分布[3-4]。这样的改变一定会对配电网继电保护有十分大的影响。为了保证光伏发电接入后的电网安全与稳定，也为了完善光伏发电技术、减少新能源发电的推行阻力。研究光伏发电并网对配网继电保护的影响至关重要。
1 光伏发电数学建模
在不考虑光照温度的情况下，电池板产生的电流Iph的大小受内外影响不大。这样的情况下可以把电流Iph理想化为一个恒流源与二极管并联。由于光伏电池的构造原因，横向必定有电流。这样会使有电能的消耗。我们可以加一个电阻Rs来等值，以减少模型的误差。再加以考虑漏电流Ish，可等值其并联一电阻Rsh，其等效图由图1所示[5-6]。
图1光伏发电等效电路
在光伏模型中负载处电流方程为：
（1）
PV电源出口处电压方程为：
（2）
UJ—为光伏电池不计横向电阻出口处端电压；
UL—为负荷 两端电压；
IL—为负荷电流。 （3）
—为一定值（PN结材料特性有关系数）；
—为一定值（PN结材料特性有关系数）；
K—为波兹曼系数；
T—为绝对温度；
2 光伏发电对配电网继电保护的影响分析
2.1 配电网参数
配电网接线图如图2所示。
图2 配电网接线图
1、线路参数
架空线路选择LGJ-120/25，数据如下：r=0.223Ω，x=0.348Ω，具体参数如下表。
2、变压器的选型
S7-6300/110，本变压器采用降压变压器，额定容量6.3MVA，电压等级变比为110kV/10.5kV，接线采用Yd11型，额定短路百分比为10.5。
3、配电系统电源参数
额定电压为115kV，系统的电源阻抗为0.6Ω，电抗为3.9Ω。频率为50Hz，系统容量为1.4MVA。
设系统容量为SS，系统电压为ES，系统电抗XS，光伏发电系统容量为SE，光伏发电系统电压为EP，等效阻抗为XP。各线路电抗值为X1、X2、X3、X4、X5、X6。K1、K2、K3、K4、K5、K6分别为本段末端发生三相接地短路。
2.2 PV接入位置对配电网继电保护的影响
1、PV电源接在配电网始端
具体接线图如图3所示。
通过计算分析， PV电源在始端接入会使保护的范围扩大、降低保护的灵敏性。当短路电流增大到一定值时，会使I段保护和下级的I段保护失去选择性。情况严重时还会波及下级线路II段保护的选择性。
2、PV电源接在配电网中端
如图3中的C、D、F、G母线上，通过计算分析，PV可使相邻馈线保护的范围扩大、降低保护的灵敏性。当短路电流增大到一定值时，会使I段保护和下级的I段保护失去选择性。情况严重时还会波及下级线路II段保护的选择性。
2、PV电源接在配电网末端
如图3中的E、H母线上，通过计算分析，当相邻馈线发生故障时，由于PV电源增加了相邻馈线的短路电流，会使相邻馈线的保护装置的保护范围变大，灵敏性降低，并有可能使相邻馈线的保护失去选择性。
2.3 PV接入容量对配电网继电保护的影响
1、PV电源接在配电网始端
接入容量分别为1、2、3MWp时，计算结果如表2所示。
当K2发生故障时，相比与未接入PV系统时短路电流增大。当K4发生故障使，相比与未接入PV系统时短路电流增大。并且随容量的增加短路电流值随着增加。
2、PV电源接在配电网中端
PV接入馈线中端时，接入容量分别为1、2、3MWp时，数据如表3所示。
当K2发生故障时，相比于未接入PV电源的情况，保护2处的短路电流增大，保护4处为反向电流。当K4发生故障时，流经保护4短路电流变化不大。当K5发生故障时，流经保护5处的短路电流增加。
3、PV电源接在配电网末端
接入容量分别为1MW、2MW、3MW时，数据如下表4。
当K2发生故障，相比未接入PV电源时流经保护2的短路电流升高，并随着容量的上升短路电流增加的越多。流经保护4处的短路电流大小，不随容量的变化而变化。
3 结论
PV电源接在配电网的始端时，其对配电网的短路电流有助增作用。PV电源接在配电网的末端时，当故障是发生在本馈线上时，其对本馈线故障处上游短路电流没有影响，但故障点下游处会由PV电源提供反向的短路电流，由于在故障段只有上游有保护装置，所以下游会形成孤岛效应。当PV电源接在配电网的中端时，当故障发生在本馈线PV电源上游时，PV电源接入对相邻馈线不会产生影响，对本馈线故障处保护的短路电流也不会产生影响。
参考文献
[1] 张扬，高辉.太阳能利用与环境可持续发展是统一框架下的系统工程——美洲百萬太阳能屋顶计划启示[J]，新能源，2000，22（9）：51.
[2] 周志敏，纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用实例[M]，北京：电子工业出版社，2010：14-17.
[3] 周卫，张尧.夏成军.分布式发电对配电网继电保护的影响[J]，电力系统保护与控制，2010，38（3）：1-5.
[4] 张弘鹏，余贻鑫.配电网拓扑结构概念聚类及其在优化规划中的应用[J]，电力系统自动化，2003，27（22）：31-35.
[5] Baran M.E，E1-Markaby.analysis on feeders with distributed generators [J]， Power system ，2005，20（4）：1757-1764.
[6] Katiraei F，Iravani M.R，Lehn P.W. Micro-Grid Autonomous Operation During and Subsequent to islanding Process[J]，IEEE Trans，on Power Delivery， January 2005，Vol.20，No.1，pp.248-257.
