分布式光伏发电并网对配电自动化的影响及解决方案

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1、11分布式光伏发电并网分布式光伏发电并网对配电自动化的影响及解决方案对配电自动化的影响及解决方案22背背 景景分布式光伏接入对配电网短路电流的影响分布式光伏接入对配电网短路电流的影响分布式光伏接入对电压质量的影响分布式光伏接入对电压质量的影响分布式光伏接入对传统故障定位策略的适应性分布式光伏接入对传统故障定位策略的适应性应对更大容量分布式电源接入的故障处理策略应对更大容量分布式电源接入的故障处理策略主要内容23451陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院结结 论论61 1背背 景景44背 景 分布式光伏大量接入将对配电网的短路电流和电压质分布式光伏大量接入将对配电网的短路电流和电压质量产生一定的

2、影响，需要分析这些影响的程度，研究配电量产生一定的影响，需要分析这些影响的程度，研究配电网的适应性。网的适应性。在配电网故障处理方面，配电自动化系统发挥着重要在配电网故障处理方面，配电自动化系统发挥着重要作用。全国已经有大量配电自动化系统投运，目前已经进作用。全国已经有大量配电自动化系统投运，目前已经进入大规模推广应用阶段。为了迎接分布式光伏的大量接入入大规模推广应用阶段。为了迎接分布式光伏的大量接入的挑战，需要认真研究已建成的配电自动化系统故障处理的挑战，需要认真研究已建成的配电自动化系统故障处理策略的适应性，并研究超出适应范围情况下的应对措施。策略的适应性，并研究超出适应范围情况下的应对措

3、施。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2 2分布式光伏并网接入分布式光伏并网接入对配电网短路电流的影响对配电网短路电流的影响66分布式光伏接入对配电网短路电流的影响红色为有利因素，红色为有利因素，蓝色为不利因素蓝色为不利因素1。无论配电网发生三相还是两相短路，由分布式光伏电源供。无论配电网发生三相还是两相短路，由分布式光伏电源供 出的短路电流不超过其额定电流的出的短路电流不超过其额定电流的1.5倍。倍。2。光照严重降低时，分布式光伏供出的短路电流更小。光照严重降低时，分布式光伏供出的短路电流更小。3。分布式光伏接入配电网，有可能会导致短路点上游开关流。分布式光伏接入配电网，有可能会导致短路点

4、上游开关流 过的短路电流有所减小。过的短路电流有所减小。4。分布式光伏逆变器故障可由自带的保护装置使其退出运行。分布式光伏逆变器故障可由自带的保护装置使其退出运行。5。一旦分布式光伏逆变器自带保护装置失灵：。一旦分布式光伏逆变器自带保护装置失灵：单相断线故障：持续三相电流不平衡单相断线故障：持续三相电流不平衡 IGBT击穿熔通、直流侧短路：主网持续供出约该光伏逆变器击穿熔通、直流侧短路：主网持续供出约该光伏逆变器5倍额定电流的倍额定电流的 感性无功功率。感性无功功率。需要对其加强监测需要对其加强监测陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院77直接电流控制逆变器并网陕西电力科学研究院陕西电力科学研究

5、院采用直接电流控制的变流器的输出电流平稳地过渡到设定的最采用直接电流控制的变流器的输出电流平稳地过渡到设定的最大允许工作电流大允许工作电流（1.31.5倍额定电流）倍额定电流）。如果短路点距离。如果短路点距离DG安装点较远，考虑到线路阻抗和非理想金属性短路，实际短路安装点较远，考虑到线路阻抗和非理想金属性短路，实际短路电流会小很多。电流会小很多。3 3分布式光伏接入对分布式光伏接入对传统故障定位策略的适应性传统故障定位策略的适应性99传统故障定位策略依靠故障电流的分布来进行故障定位。依靠故障电流的分布来进行故障定位。是目前广泛采用的故障定位策略。是目前广泛采用的故障定位策略。陕西电力科学研究院

6、陕西电力科学研究院1010传统故障定位策略依靠故障电流的分布来进行故障定位。依靠故障电流的分布来进行故障定位。是目前广泛采用的故障定位策略。是目前广泛采用的故障定位策略。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院1111传统故障定位策略依靠故障电流的分布来进行故障定位。依靠故障电流的分布来进行故障定位。是目前广泛采用的故障定位策略。是目前广泛采用的故障定位策略。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院1212传统故障定位策略依靠故障电流的分布来进行故障定位。依靠故障电流的分布来进行故障定位。是目前广泛采用的故障定位策略。是目前广泛采用的故障定位策略。要求来自主电源和分布式电源的短路电流有显著的差异。要求

7、来自主电源和分布式电源的短路电流有显著的差异。（3 3倍、倍、2 2倍）倍）陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院分布式光伏接入的适应范围分布式光伏接入的适应范围1 1）分布式光伏接入馈线情形）分布式光伏接入馈线情形1515最不利条件 1。N-1条件下一条馈线转带对侧馈线负荷的最不条件下一条馈线转带对侧馈线负荷的最不 利运行方式。利运行方式。2。馈线最远端发生两相短路故障的最严酷场景。馈线最远端发生两相短路故障的最严酷场景。3。按照两条馈线上所有分布式电源的最大短路电。按照两条馈线上所有分布式电源的最大短路电 流之和来核减主电源提供的短路电流。流之和来核减主电源提供的短路电流。4。分布式电源向故

8、障处提供的短路电流为两条馈。分布式电源向故障处提供的短路电流为两条馈 线上所有分布式电源的最大短路电流之和。线上所有分布式电源的最大短路电流之和。5。忽略馈线阻抗对分布式电源短路电流的抑制作用。忽略馈线阻抗对分布式电源短路电流的抑制作用。在上述最不利情况比实际情况更加严酷在上述最不利情况比实际情况更加严酷陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院1616给定光伏接入容量下馈线的最大供电半径给定光伏接入容量下馈线的最大供电半径陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院1717给定光伏接入容量下馈线的最大供电半径给定光伏接入容量下馈线的最大供电半径陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院经济么？经济么？1818给

9、定光伏接入容量下馈线的最大供电半径给定光伏接入容量下馈线的最大供电半径陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院经济么？经济么？19192 2）分布式光伏接入母线情形）分布式光伏接入母线情形2020DG接入母线的情形开关开关S1、S2、A、B、C、D、E上报故障电流信息的电流阈上报故障电流信息的电流阈值均根据主电源的短路电流设置，值均根据主电源的短路电流设置，DG接入点开关接入点开关S3和和DG出出口开关口开关G上报故障电流信息的电流阈值也根据主电源的短路上报故障电流信息的电流阈值也根据主电源的短路电流设置。电流设置。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2121PV接入母线的情形当当PV发生故障时，

10、发生故障时，S3和和G均上报故障电流信息，因此依据传均上报故障电流信息，因此依据传统故障定位规则可判定是统故障定位规则可判定是DG故障。故障。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2222PV接入母线的情形当当G与与 S3之间的线路上发生故障时，只有之间的线路上发生故障时，只有S3上报故障电流信上报故障电流信息，因为息，因为G的电流阈值根据主电源的短路电流设置，而的电流阈值根据主电源的短路电流设置，而G只只流过流过PV供出的短路电流。因此依据传统故障定位规则可以供出的短路电流。因此依据传统故障定位规则可以判定是判定是G与与S3之间馈线故障。之间馈线故障。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院232

11、3PV接入母线的情形当母线所带某条馈线上，譬如当母线所带某条馈线上，譬如E下游区域故障时，此时只有下游区域故障时，此时只有S2、D和和E上报故障电流信息，因此依据传统故障定位规则上报故障电流信息，因此依据传统故障定位规则可以判定是可以判定是E下游故障。下游故障。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2424PV接入母线的情形对于多个对于多个PV接入母线的情形，由于非故障接入母线的情形，由于非故障PV支路支路与来自主电源的短路电流相叠加，因此上述选择性与来自主电源的短路电流相叠加，因此上述选择性更容易满足。更容易满足。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2525传统故障定位策略的适应性 1。分布式

12、光伏接入母线情形：。分布式光伏接入母线情形：全部适应。全部适应。2。分布式光伏接入馈线情形：。分布式光伏接入馈线情形：1）绝大多数情况下适应，极个别系统短路容量小、供）绝大多数情况下适应，极个别系统短路容量小、供电径长的农网馈线，在光伏接入容量较大时不适应。电径长的农网馈线，在光伏接入容量较大时不适应。2）电缆馈线的适应性性比架空馈线好。）电缆馈线的适应性性比架空馈线好。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2626传统故障定位策略的适应性 上述结论是用于各种逆变器并网型分布式电源：上述结论是用于各种逆变器并网型分布式电源：光伏发电，直驱式风力发电，燃料电池，分布式储能，光伏发电，直驱式风力发电

13、，燃料电池，分布式储能，微型燃气轮机（天然气、煤层气、转炉煤气、高炉煤气、微型燃气轮机（天然气、煤层气、转炉煤气、高炉煤气、生物质气化发电、沼气发电。）生物质气化发电、沼气发电。）陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院272725%全电机类DG满足传统故障定位策略的范围陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院2828传统故障定位策略的适应性应对更大容量接入的挑战：应对更大容量接入的挑战：改进的故障处理策略改进的故障处理策略陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院4 4应对更大容量分布式光伏应对更大容量分布式光伏接入的配电网故障处理策略接入的配电网故障处理策略陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院30301

14、 1）方向元件法）方向元件法3131利用方向元件如果一个区域至少有一个端点的故障功率方向指向该区域如果一个区域至少有一个端点的故障功率方向指向该区域的内部，而没有端点的故障功率方向指向该区域的外部，的内部，而没有端点的故障功率方向指向该区域的外部，则故障就在该区域的内部。则故障就在该区域的内部。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院怎样测准故障功率方向怎样测准故障功率方向?32322 2）改进电流法）改进电流法3333改进故障处理策略1。变电站出线断路器设置重合闸功能，重合闸延变电站出线断路器设置重合闸功能，重合闸延 时时间为时时间为2.5s3.5s。2。故障发生后，变电站出线断路器保护动作跳闸

15、。故障发生后，变电站出线断路器保护动作跳闸。3。2s后馈线上的分布式电源全部从电网脱离。后馈线上的分布式电源全部从电网脱离。4。变电站出线断路器经变电站出线断路器经2.5s3.5s延时进行重合：延时进行重合：1）若是瞬时性故障则恢复供电，分布式电源逐步并入；）若是瞬时性故障则恢复供电，分布式电源逐步并入；2）若是永久性故障，则变电站出线断路器再次跳闸，此）若是永久性故障，则变电站出线断路器再次跳闸，此时配电自动化系统采集到的故障信息就排除了分布式电源时配电自动化系统采集到的故障信息就排除了分布式电源的影响，可以依靠传统故障定位规则进行正确的故障定位。的影响，可以依靠传统故障定位规则进行正确的故

16、障定位。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院3434各种故障定位方法的比较陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院35355 5分布式光伏接入对分布式光伏接入对电压质量的影响电压质量的影响3636分布式光伏对电压质量的影响 有利条件有利条件:1）DG一般只发有功功率一般只发有功功率,而电压受无功功率影响更大而电压受无功功率影响更大 2）刚性系数限制下减少了）刚性系数限制下减少了DG对电压带来的影响对电压带来的影响 (逆变器类比旋转电机类影响更大些逆变器类比旋转电机类影响更大些)3）配电变压器的固有无功损耗减少了过电压的风险）配电变压器的固有无功损耗减少了过电压的风险 4）DG容量较小容量较小(DG

17、集中于馈线末端最严重集中于馈线末端最严重)5）观测到的光伏处理突变比率一般小于）观测到的光伏处理突变比率一般小于1/2 在满足电压偏差和电压波动要求条件下，允许接在满足电压偏差和电压波动要求条件下，允许接入的入的DG比率较高。比率较高。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院3737光伏电源出力的突变 陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院 3838分布式电源不产生电压偏差问题的适应范围陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院母线电压达到上限的最极端情况下母线电压达到上限的最极端情况下:馈线的负荷比率馈线的负荷比率 3939 1。当分布式电源的接入容量在适应范围内时，分布式电源接。当分布式电源的接入容量

18、在适应范围内时，分布式电源接 入不致引起电压偏差和电压波动问题。入不致引起电压偏差和电压波动问题。2。分布式电源大量接入可能导致馈线某些节点电压超越电压。分布式电源大量接入可能导致馈线某些节点电压超越电压 偏差允许上限，也可能导致电压波动超标。偏差允许上限，也可能导致电压波动超标。3。措施：。措施：当较大容量当较大容量DG接入馈线时，应对并网点电压进行监测，接入馈线时，应对并网点电压进行监测，必要时对分布式电源的出力进行干预。必要时对分布式电源的出力进行干预。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院分布式电源接入对配电网电压的影响6 6结结 论论4141结 论 1。分布式光伏接入对配电网短路电流、

19、电压偏差和电压波。分布式光伏接入对配电网短路电流、电压偏差和电压波动会产生一定的影响。动会产生一定的影响。2。对于含分布式光伏的配电网，目前配电自动化系统广泛。对于含分布式光伏的配电网，目前配电自动化系统广泛采用的传统故障定位策略，在绝大部分情况下仍然适用。采用的传统故障定位策略，在绝大部分情况下仍然适用。3。基于分布式电源脱网特性与重合闸配合的改进故障处理。基于分布式电源脱网特性与重合闸配合的改进故障处理策略可以应对更大容量策略可以应对更大容量DG接入的挑战，它不必改变配电自接入的挑战，它不必改变配电自动化系统的硬件，只需在应用软件中略加改动即可。动化系统的硬件，只需在应用软件中略加改动即可。4。当在适应范围内时，分布式电源接入不致引起电压偏差。当在适应范围内时，分布式电源接入不致引起电压偏差和电压波动问题。当较大容量和电压波动问题。当较大容量DG接入馈线时，应对并网点接入馈线时，应对并网点电压进行监测，必要时对电压进行监测，必要时对DG的出力进行干预。的出力进行干预。陕西电力科学研究院陕西电力科学研究院4242谢谢 谢谢!刘刘 健健陕西电力科学研究院总工程师，陕西电力科学研究院总工程师，Senior Member,IEEE 教授、博士生导师、博士教授、博士生导师、博士,百千万人才工程国家级人选百千万人才工程国家级人选Tel:13319183017 Email:P