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分佈式光伏發電及配電網的保護機制的探究

添加時間:2020-02-11 10:53:30   浏览次数: 次    【 】   打印   關閉窗口

 分佈式光伏發電屬於可再生能源發電,已經得到了大力的發展,然而,將分佈式光伏發電接入配電網,給傳統的配電網保護帶來了一定的影響,因此,研究保護機制具有很重要的現實意義。本文分析了分佈式光伏發電對配電網保護的影響,提出了具體的保護技術,並在此基礎上研究出了保護機制。

  近年來,隨着人們都在長期利用能源的過程中,利用化石資源如煤炭、天然氣和石油等化石時期僅是一個很短的時期,然而燃燒化石能源所排出的二氧化碳和含氧硫化物,直接導致了地球溫室效應和酸雨的產生,化石能源的大量開發利用是造成人類生存環境惡化的主要原因之一,人類面臨着經濟和社會可持續發展的雙重挑戰,化石能源被新能源取代是歷史的必然。因此,在有限資源和環保要求的雙重製約下,人類應未雨綢繆,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,太陽能就是可再生能源的一種。

  一、光伏發電系統發展現狀

  隨着光伏發電技術的發展,分佈式光伏發電日漸成爲滿足負荷增長需求、減少環境污染、提高能源綜合利用率、提高供電可靠性的一種有效途徑。德國是在本世紀初開始實行這一政策的,在世界上處在領先的地位。歐洲的有關機構也對這一技術的發展進行了預估:到二十年代,世界上的太陽能發電總量將會是所有能源的百分之一,到了本世紀中葉,就可以達到五分之一,世紀末將超過一半。在這方面,我國也推行了一些發展策略。要求通過提升能源的開發率讓能源使用更加廣泛,提升能源的使用率來降低使用的成本。有關專家認爲,到2025年,我國新能源發電就可以佔據總發電量的四分之一,因爲太陽能光伏發電越來越頻繁,利用提升發電率來降低成本,穩定電網也受到了世界各國的廣泛關注。如今的光伏發電技術日益成熟,也朝着併網發電以及建築結合發電的方向發展。當然,國內的這一技術仍然存在一些問題,比如大多數的原材料依然需要進口才能獲取,而產品也是大多運到了國外,高價買材料,低價售產品,國內的市場一直停滯不前,這才讓我國現在的光伏產業結構發生了調整。

  二、分布式光伏发电对配电网保护的影响

  一般是通過35kV及以下電壓等級饋線接入,當二者的容量比足夠大時,就會對配電網的短路電流產生影響,進而對保護裝置整定和配合原則產生影響。分佈式光伏發電對配電網保護的影響主要體現在六方面:

  (一)如果是在分佈式光伏發電接入饋線的上游發生故障,那麼饋線下游的保護裝置就可能會發生誤動作;

  (二)如果故障發生在相鄰的饋線,那麼本饋線就可能發生保護誤動作;

  (三)將分佈式光伏發電接入配電網,會影響到饋線部分的保護靈敏度,一旦靈敏度發生變化,就會導致拒動或者誤動的發生;

  (四)饋線本身具有特定的保護範圍,將分佈式光伏發電接入配電網,會對饋線的保護範圍產生影響,使其發生變化;

  (五)當分佈式光伏發電接入變電站低壓母線時,配電網中各個饋線的電流保護靈敏性會大大地提高,這是由於接入低壓母線後,系統的短路容量就會增大很多,相應的短路電流也會增加,所以靈敏性就隨之增高;

  (六)分佈式光伏發電接入配電網之後,一旦容量增大,就可能會導致配電網保護失去選擇性。

  三、分佈式光伏發電接入配電網的新型保護技術

  (一)过流保护

  在光伏逆變器中,要跟蹤太陽光伏陣列的最大功率點,而且還需要進行採樣,採樣的對象包括三個,分別是直流側電壓、直流側電流以及交流測電流。對於是否對電路進行過電流保護的判斷,已經採用了這個方法,而且由於光伏逆變器存在分辨率高的特性,所以在對電路進行過電流保護時,靈敏度非常的高。在對電路進行過電流保護時,採用光伏逆變器的方法,該保護方法由三部分組成:過流保護主電路、過流保護驅動電路、過流保護控制電路。

  (二)过欠电压保护

  對小型的光伏發電站來說,當電網電壓出現異常時,過欠電壓保護將會發揮作用,根據不同的情況以不同的停止發電時間。但是對於大型的光伏發電站來說,要通過低電壓穿越能力來提升抗電網擾動的能力。

  對雷擊過電壓和操作過電壓的防止,採用的方法就是光伏發電站的過電壓保護。過電壓包括兩種類型:縱向和橫向,因此在實行保護時,要堅持同時考慮兩種類型過電壓保護原則。具體說來,光伏發電站的過電壓保護措施有兩種:

  1、單級保護,主要是對雷電等暫態電壓的一次保護,實現保護的方法是應用壓敏電阻和氣體放電管;

  2、多級保護,適用於單級保護不能起到良好的保護作用,且逆變器耐壓水平較低。

  (三)过欠频率保护

  在小型光伏發電站中,特定的頻率範圍爲49.5Hz~50.2Hz,如果分佈式光伏發電接入配電網的頻率超過了這個範圍,那麼就需要啓動過欠頻率保護。在大中型光伏發電站中,一定要具備的能力就是抵抗系統頻率異常擾動。

  (四)反孤島保護

  當外部大電網發生異常時,就會變成停電狀態,這時,接入配電網的分佈式光伏發電仍對一部分配電系統繼續供電,這被稱之爲孤島現象,孤島現象包括計劃性和非計劃性兩種。而反孤島保護就是當發生孤島現象時,將光伏發電站與孤島系統間的連接斷開,將孤島現象運行的條件消滅掉,避免孤島現象危害到用戶設備及設備檢修工作。

  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

  在傳統的配電網中,短路電流的計算方法有四種:等效電壓源算法、疊加算法、相零迴路電流算法、瞬態仿真算法。前三種用來計算穩態故障電流,第四種用來計算暫態故障電流。當分佈式光伏發電接入配電網之後,對傳統的配電網產生了很大的影響:配電系統具有多電源性、線路傳輸的有功功率與無功功率的數量和方向發生改變。這樣一來,對於配電網的保護提出了新的要求,而且在對配電網的保護進行研究的同時還要研究出新的短路電流計算方法,新的短路電流計算方法可以在傳統的基礎上進行修正,同時結合分佈式光伏發電的特點。

  (二)保护整定及配置原则

  當分佈式光伏發電接入配電網時,饋線的保護可分爲上游主饋線的保護、上游分支饋線的保護、下游主饋線的保護、下游分支饋線的保護,不同位置饋線的保護對分佈式光伏發電站的容量影響也不相同。當發生故障時,故障發生在保護的上游和發生在保護範圍內以及保護的下游,對配電網保護產生的影響也是不相同的,要根據具體故障發生的位置實施具體的保護。

  近些年來,分佈式光伏發電越來越得到了快速的發展,分佈式光伏發電依賴的是太陽能,屬於可再生能源。將分佈式發電接入配電網中,對傳統的配電網保護產生了一定的影響,主要體現在可靠性、靈敏性和選擇性三方面,爲了更好的實現對配電網的保護,研究出了新的配電網保護機制,保證配電網輸電的正常運行。


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