分布式光伏发电及配电网的保护机制

分布式光伏发电属于可再生能源发电，已经得到了大力的发展，然而，将分布式光伏发电接入配电网，给传统的配电网保护带来了一定的影响，因此，研究保护机制具有很重要的现实意义。本文分析了分布式光伏发电对配电网保护的影响，提出了具体的保护技术，并在此基础上研究出了保护机制。

近年来，随着人们都在长期利用能源的过程中，利用化石资源如煤炭、天然气和石油等化石时期仅是一个很短的时期，然而燃烧化石能源所排出的二氧化碳和含氧硫化物，直接导致了地球温室效应和酸雨的产生，化石能源的大量开发利用是造成人类生存环境恶化的主要原因之一，人类面临着经济和社会可持续发展的双重挑战，化石能源被新能源取代是历史的必然。因此，在有限资源和环保要求的双重制约下，人类应未雨绸缪，及早寻求替代能源，这就要求我们所寻求的替代能源必须是可再生的清洁能源，太阳能就是可再生能源的一种。

一、光伏发电系统发展现状

随着光伏发电技术的发展，分布式光伏发电日渐成为满足负荷增长需求、减少环境污染、提高能源综合利用率、提高供电可靠性的一种有效途径。德国是在本世纪初开始实行这一政策的，在世界上处在领先的地位。欧洲的有关机构也对这一技术的发展进行了预估：到二十年代，世界上的太阳能发电总量将会是所有能源的百分之一，到了本世纪中叶，就可以达到五分之一，世纪末将超过一半。在这方面，我国也推行了一些发展策略。要求通过提升能源的开发率让能源使用更加广泛，提升能源的使用率来降低使用的成本。有关专家认为，到2025年，我国新能源发电就可以占据总发电量的四分之一，因为太阳能光伏发电越来越频繁，利用提升发电率来降低成本，稳定电网也受到了世界各国的广泛关注。如今的光伏发电技术日益成熟，也朝着并网发电以及建筑结合发电的方向发展。当然，国内的这一技术仍然存在一些问题，比如大多数的原材料依然需要进口才能获取，而产品也是大多运到了国外，高价买材料，低价售产品，国内的市场一直停滞不前，这才让我国现在的光伏产业结构发生了调整。

二、分布式光伏发电对配电网保护的影响

一般是通过35kV及以下电压等级馈线接入，当二者的容量比足够大时，就会对配电网的短路电流产生影响，进而对保护装置整定和配合原则产生影响。分布式光伏发电对配电网保护的影响主要体现在六方面：

(一)如果是在分布式光伏发电接入馈线的上游发生故障，那么馈线下游的保护装置就可能会发生误动作;

(二)如果故障发生在相邻的馈线，那么本馈线就可能发生保护误动作;

(三)将分布式光伏发电接入配电网，会影响到馈线部分的保护灵敏度，一旦灵敏度发生变化，就会导致拒动或者误动的发生;

(四)馈线本身具有特定的保护范围，将分布式光伏发电接入配电网，会对馈线的保护范围产生影响，使其发生变化;

(五)当分布式光伏发电接入变电站低压母线时，配电网中各个馈线的电流保护灵敏性会大大地提高，这是由于接入低压母线后，系统的短路容量就会增大很多，相应的短路电流也会增加，所以灵敏性就随之增高;

(六)分布式光伏发电接入配电网之后，一旦容量增大，就可能会导致配电网保护失去选择性。

三、分布式光伏发电接入配电网的新型保护技术

(一)过流保护

在光伏逆变器中，要跟踪太阳光伏阵列的最大功率点，而且还需要进行采样，采样的对象包括三个，分别是直流侧电压、直流侧电流以及交流测电流。对于是否对电路进行过电流保护的判断，已经采用了这个方法，而且由于光伏逆变器存在分辨率高的特性，所以在对电路进行过电流保护时，灵敏度非常的高。在对电路进行过电流保护时，采用光伏逆变器的方法，该保护方法由三部分组成：过流保护主电路、过流保护驱动电路、过流保护控制电路。

(二)过欠电压保护

对小型的光伏发电站来说，当电网电压出现异常时，过欠电压保护将会发挥作用，根据不同的情况以不同的停止发电时间。但是对于大型的光伏发电站来说，要通过低电压穿越能力来提升抗电网扰动的能力。

对雷击过电压和操作过电压的防止，采用的方法就是光伏发电站的过电压保护。过电压包括两种类型：纵向和横向，因此在实行保护时，要坚持同时考虑两种类型过电压保护原则。具体说来，光伏发电站的过电压保护措施有两种：

1、单级保护，主要是对雷电等暂态电压的一次保护，实现保护的方法是应用压敏电阻和气体放电管;

2、多级保护，适用于单级保护不能起到良好的保护作用，且逆变器耐压水平较低。

(三)过欠频率保护

在小型光伏发电站中，特定的频率范围为49.5Hz～50.2Hz，如果分布式光伏发电接入配电网的频率超过了这个范围，那么就需要启动过欠频率保护。在大中型光伏发电站中，一定要具备的能力就是抵抗系统频率异常扰动。

(四)反孤岛保护

当外部大电网发生异常时，就会变成停电状态，这时，接入配电网的分布式光伏发电仍对一部分配电系统继续供电，这被称之为孤岛现象，孤岛现象包括计划性和非计划性两种。而反孤岛保护就是当发生孤岛现象时，将光伏发电站与孤岛系统间的连接断开，将孤岛现象运行的条件消灭掉，避免孤岛现象危害到用户设备及设备检修工作。

四、分布式光伏发电对配电网的保护机制研究

(一)短路电流的计算方法

在传统的配电网中，短路电流的计算方法有四种：等效电压源算法、叠加算法、相零回路电流算法、瞬态仿真算法。前三种用来计算稳态故障电流，第四种用来计算暂态故障电流。当分布式光伏发电接入配电网之后，对传统的配电网产生了很大的影响：配电系统具有多电源性、线路传输的有功功率与无功功率的数量和方向发生改变。这样一来，对于配电网的保护提出了新的要求，而且在对配电网的保护进行研究的同时还要研究出新的短路电流计算方法，新的短路电流计算方法可以在传统的基础上进行修正，同时结合分布式光伏发电的特点。

(二)保护整定及配置原则

当分布式光伏发电接入配电网时，馈线的保护可分为上游主馈线的保护、上游分支馈线的保护、下游主馈线的保护、下游分支馈线的保护，不同位置馈线的保护对分布式光伏发电站的容量影响也不相同。当发生故障时，故障发生在保护的上游和发生在保护范围内以及保护的下游，对配电网保护产生的影响也是不相同的，要根据具体故障发生的位置实施具体的保护。

近些年来，分布式光伏发电越来越得到了快速的发展，分布式光伏发电依赖的是太阳能，属于可再生能源。将分布式发电接入配电网中，对传统的配电网保护产生了一定的影响，主要体现在可靠性、灵敏性和选择性三方面，为了更好的实现对配电网的保护，研究出了新的配电网保护机制，保证配电网输电的正常运行。