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正弦波逆变器光伏电站接入对距离保护和重合闸的影响

距离保护基本原理,并讨论了正弦波逆变器光伏电站接入对送出线路距离保护、配电网距离保护、配电网重合闸和选相元件的影响。进而,以正弦波逆变器光伏电站表现出的故障特性为依据,同时本着工程应用方便且误差允许的前提,提出了正弦波逆变器光伏电站类比常规电源的短路计算模型,即电压源串联阻抗的形式,并针对正弦波逆变器光伏电站不同的故障特性给出了二者各序阻抗的计算公式。

 

将给出的计算模型加入到常规电网短路电流计算模型中,分析了计及正弦波逆变器光伏电站的电网短路电流计算模型及故障特性,研究了规模化正弦波逆变器光伏接入后对地区电网短路水平的影响。

 

通过距离保护建模、阻抗整定值设定、电流起动门槛值设定等,建立了算例模型,仿真验证了送出线路在不同位置、不同类型故障下保护的动作情况,得出了正弦波逆变器光伏并网对距离保护配置、重合闸配置、选相元件的若干建议。

 

根据正弦波逆变器光伏电站接入电网相关规定,正弦波逆变器光伏电站的110kV专用并网线路配置一套光纤纵联电流差动保护装置,保护装置除光纤纵联电流差动主保护,还具备阶段式相间和接地距离保护、零序电流保护作为后备保护以及重合闸[1-2]。已有的研究指出:当正弦波逆变器光伏发电并网时,其特有的故障特征和短路特性易造成接地距离保护分支系数不确定,进而导致保护拒动或误动,降低重合闸成功率[3-6]。

 

文献[5]研究了基于自适应原理的接地距离保护整定判据,文献[6]指出基于相电流差突变量和基于序分量的选相元件的动作性能会受到正弦波逆变器光伏电站的严重影响,文献[7-8]分析了正弦波逆变器光伏并网发电重合闸的影响,提出了正弦波逆变器光伏电站LVRT与前加速自动重合闸的配合方案。

 

文献[9-10]提出一种基于过渡电阻倾斜角估计的自适应距离保护和自适应接地距离保护方案,以处理过渡电阻的影响,文献[11]研究了弱电源特性对送出线路电流差动保护和距离保护的影响。

 

现有文献的研究重点关注了正弦波逆变器光伏发电接入对继电保护的影响,但对正弦波逆变器光伏电站接入时带来的新的短路计算模型、故障特性的探讨较少,尤其缺乏规模化正弦波逆变器光伏接入后对地区电网短路水平影响、选相元件的影响分析。

 

为了满足重合闸、距离保护故障判相等需要,线路保护一般应具备故障选相的能力。因此,本文在文献[11]的基础上,针对性地分析了正弦波逆变器光伏电站送出线路对距离保护、重合闸和选相元件的影响等内容,并基于算例仿真验证所提出模型和方法的有效性。

 

图5 巴州电网且末片区一次接线图

正弦波逆变器光伏电站接入对距离保护和重合闸的影响

 

结论

通过以上分析,本文得出了如下主要结论:

(1)送出线路故障时,表现出的故障特性是正负序阻抗不相等和弱电源特性。 

(2) 正弦波逆变器光伏电站送出线路发生接地故障时,故障电流以零序分量为主,发生相间故障时,故障电流会受逆变器限幅的限制,其数值远小于接地故障电流;通过控制可以实现故障电流中不再存在负序分量等故障特性。 

(3) 当正弦波逆变器光伏电站与系统相连的唯一一条送出线发生故障时,从故障发生到正弦波逆变器光伏电站侧重合闸动作前,正弦波逆变器光伏电站退网运行的概率远大于并网运行的概率,因此送出线重合闸配合方式应按照正弦波逆变器光伏电站退网运行的情况来考虑。 

(4) 正弦波逆变器光伏电站相对于大电网是弱馈电源,选相起动元件应以电压及其变化量为判定标准,如采用低压起动、电压突变量起动等。另外弱馈电源发生接地故障后,零序电流一般都非常大,可以将零序电流与电压综合作为起动选相依据,提高正确率。

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