分布式光伏发电并网对配电自动化的影响及解决方案

11分布式光伏发电并网对配电自动化的影响及解决方案22背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结论61背景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。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策略的适应性，并研究超出适应范围情况下的应对措施。陕西电力科学研究院2分布式光伏并网接入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，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出的短路电流不超过其额定电流的1.5倍。2。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。5。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IGBT击穿熔通、直流侧短路：主网持续供出约该光伏逆变器5倍额定电流的感性无功功率。需要对其加强监测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（1.3~1.5倍额定电流）。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，实际短路电流会小很多。3分布式光伏接入对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。是目前广泛采用的故障定位策略。ABDCES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。是目前广泛采用的故障定位策略。ABDCES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。是目前广泛采用的故障定位策略。ABDCES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。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。（3倍、2倍）ABDCES陕西电力科学研究院分布式光伏接入的适应范围1）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。3。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。4。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。5。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陕西电力科学研究院满足传统故障定位规则允许的N-1环状网的供电半径（km）（光伏容量比率=25%，Kk=2）系统短路容量(MVA)线型导线型号载流量(A)光伏容量(MW)100200500800LGJ-952951.2814.615.516.016.1LGJ-1203351.4513.614.615.215.4LGJ-1503911.6911.913.013.713.8LGJ-1854531.9610.411.712.412.6LGJ-2405362.328.69.910.710.9架空馈线LGJ-3006152.667.38.69.49.6YJV-952981.2933.634.735.335.5YJV-1203411.4834.736.337.237.4YJV-1503901.6934.536.737.938.1YJV-1854441.9233.736.538.138.5YJV-2405232.2631.635.337.437.9电缆馈线YJV-3006102.6427.932.334.835.41717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满足传统故障定位规则允许的N-1环状网的供电半径（km）（光伏容量比率=50%，Kk=2）系统短路容量(MVA)线型导线型号载流量(A)光伏容量(MW)100200500LGJ-952952.556.47.37.8LGJ-1203352.905.86.87.4LGJ-1503913.394.85.96.6LGJ-1854533.923.95.26.0LGJ-2405364.643.04.35.1架空馈线LGJ-3006155.332.33.64.4YJV-952982.5815.516.817.5YJV-1203412.9515.517.418.3YJV-1503903.3814.817.318.5YJV-1854443.8513.716.918.5YJV-2405234.5311.715.818.0电缆馈线YJV-3006105.289.214.016.6经济么？1818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满足传统故障定位规则允许的N-1环状网的供电半径（km）（光伏容量比率=100%，Kk=2）系统短路容量(MVA)线型导线型号载流量(A)光伏容量(MW)100200500LGJ-952955.112.23.23.7LGJ-1203355.801.72.93.5LGJ-1503916.771.12.43.1LGJ-1854537.850.62.02.7LGJ-2405369.280.11.52.3架空馈线LGJ-30061510.65—1.11.9YJV-952985.165.97.78.5YJV-1203415.915.27.78.8YJV-1503906.754.17.48.9YJV-1854447.692.86.88.7YJV-2405239.060.85.88.3电缆馈线YJV-30061010.57—4.67.4经济么？19192）分布式光伏接入母线情形2020DG接入母线的情形开关S1、S2、A、B、C、D、E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，DG接入点开关S3和DG出口开关G上报故障电流信息的电流阈值也根据主电源的短路电流设置。。陕西电力科学研究院ABDECS1DGS2S3G2121PV接入母线的情形当PV发生故障时，S3和G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DG故障。陕西电力科学研究院ABDECS1DGS2S3G2222PV接入母线的情形当G与S3之间的线路上发生故障时，只有S3上报故障电流信息，因为G的电流阈值根据主电源的短路电流设置，而G只流过PV供出的短路电流。因此依据传统故障定位规则可以判定是G与S3之间馈线故障。陕西电力科学研究院ABDECS1DGS2S3G2323PV接入母线的情形当母线所带某条馈线上，譬如E下游区域故障时，此时只有S2、D和E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E下游故障。陕西电力科学研究院ABDECS1DGS2S3G2424PV接入母线的情形对于多个PV接入母线的情形，由于非故障PV支路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。陕西电力科学研究院2525传统故障定位策略的适应性1。分布式光伏接入母线情形：全部适应。2。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。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：光伏发电，直驱式风力发电，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、生物质气化发电、沼气发电。。。）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线型主电源短路容量（MVA）供电距离(km)LGJ-1505003.72003.01001.9LGJ-1855003.32002.61001.4LGJ-2405002.82002.11000.8YJV-1505009.42008.31006.1YJV-1855009.72008.41005.6YJV-2405009.82008.01004.5YJV-3005009.92007.71003.72828传统故障定位策略的适应性应对更大容量接入的挑战：――改进的故障处理策略陕西电力科学研究院4应对更大容量分布式光伏接入的配电网故障处理策略陕西电力科学研究院30301）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。陕西电力科学研究院ABDCES怎样测准故障功率方向?32322）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，重合闸延时时间为2.5s~3.5s。2。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。4。变电站出线断路器经2.5s~3.5s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；2）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的影响，可以依靠传统故障定位规则进行正确的故障定位。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方法优点不足适用范围传统定位法简单，大量已建资源可以沿用分布式电源接入容量大时不适应绝大部分情形可用重合闸与分布式光伏特性配合法简单，大量已建资源可以沿用，可快速恢复瞬时性故障需要一次重合闸各种分布式电源在任意接入容量下均可用方向元件不需要一次重合闸，不需要量测故障功率值而只需要量测故障功率方向需要方向元件，需改造已建资源各种分布式电源在任意接入容量下均可用35355分布式光伏接入对电压质量的影响3636分布式光伏对电压质量的影响有利条件:1）DG一般只发有功功率,而电压受无功功率影响更大2）刚性系数限制下减少了DG对电压带来的影响(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4）DG容量较小(DG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1/2在满足电压偏差和电压波动要求条件下，允许接入的DG比率较高。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母线电压达到上限的最极端情况下:馈线的负荷比率39391。当分布式电源的接入容量在适应范围内时，分布式电源接入不致引起电压偏差和电压波动问题。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偏差允许上限，也可能导致电压波动超标。3。措施：当较大容量DG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。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结论4141结论1。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。2。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。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策略可以应对更大容量DG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。4。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DG接入馈线时，应对并网点电压进行监测，必要时对DG的出力进行干预。陕西电力科学研究院4242谢谢!刘健陕西电力科学研究院总工程师，SeniorMember,IEEE教授、博士生导师、博士,百千万人才工程国家级人选Tel:13319183017Email:[e-mail]