国家电网-分布式光伏接入对配电网保护控制的影响-国家电网&国网江苏电科院-2023-WN6.pdf

国家电网STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院分布式光伏接入对配网保护控制的影响李鹏、陈实国网江苏电科院2023年5月18日国家电网STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院01背景02光伏电源故障电流特征目录CONTENTS03光伏对配网保护控制影响04工作展望国家电网STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院01背景国家电网背景STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院2020年9月习近平总书记在联合国大会上提出实现“双碳的愿景目标，二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。背景2021年3月中央财经委员会第九次会议上，进一步提出推动构概述建以新能源为主体的新型电力系统。2022年“中央一号文件”、发改委能源局“十四五”电力发展规划发布，均强调要推动以光伏、风电，生物质发电等分布式电源就近开发消纳，实现多元清洁能源创新发展。国家电网背景STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院国家能源局于2021年6月20日下发了开展整县屋顶分布式光伏开发试点的通知比例不低于50%国家能源党政机关建筑屋顶国家装除周峰合司美于股送整县（市，区）就国分布大光伏开发认点方就的通票比例不低于40%学校、E医院等公共建筑屋顶比例不低于30%工商业厂房屋顶伦比例不低于20%农村居民屋顶02光伏电源故障电流特征国家电网2.1分布式光伏接入配电网对故障电流影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院分布式光伏接入配电网对故障电流影响因素光伏接入容量受线路载流容量、光伏接入位置配变容量等限制光伏电源结构及控制策略逆变器短路电流能力光伏电源的故障逆变器类型及其运行要求光伏降列电流特征主要取低压电网电压、频率适应性决于逆变器特性堆事式递变器低电压穿越光伏阵烈孤岛运行要求，交流配电柜中压变压器相关标准规范光伏陈料NB/T32004-2018光伏并网逆变器技术规范；维车式递空器数据菜佳器监控终端GB/T37408-2019光伏发电并网逆变器技术要求：知乎包小白光伏阵烈GB/T29319-2012光伏发电系统接入配电网技术规定；Q/GDW11147-2013分布式电源接入配电网设计规范；.国家电网2.1分布式光伏接入配电网对故障电流影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院分布式光伏逆变器类型集中式光伏发电系统集中式利用相对稳定的太阳能资源构建中大型光伏电站，通过高压输电系统外送，A类逆变器*：通过35kV及以上电压等级接入电网，或通过10kV及以上电压等级与公共电网连接的光伏电站所用光伏逆变器；分布式光伏发电系统主要基于建筑物表面，就近解决用户的用电问题，主要在户用以及工商业建筑屋顶;分布式B类逆变器*：通过220V/380V电压等级接入电网，以及通过10kV及以下电压等级接入电网用户侧的光伏发电系统所用光伏逆变器*行标NB/T32004-2018光伏并网逆变器技术规范。国家电网2.1分布式光伏接入配电网对故障电流影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院分布式光伏电源结构及控制策略L双级式组串逆变器：直流侧由若干串光伏组件并联，每个光伏组串由几块或十几块接触光伏电池板串联形成。器RDC/DC电路：控制光伏组串输出电压，实现最大功率点跟踪。一般1-2串光伏组件光伏斩波卸荷直流逆变器LCL滤波器电网配一路MPPT跟踪电路。阵列电路电路母线*直流EMI滤波器和交流EMI滤波器图中未标明。LCL滤波器：对高频谐波有较强的抑制能力，并且受并网阻抗的影响较小。接触器：用于逆变器并网和脱网。逆变器检测到两端电压大小、相位、频率和相序一致，发令闭合接触器并网，监测到电网电压异常或孤岛运行时，跳开接触器使逆变器脱网。逆变器控制：双环解耦控制，内环采用基于正、，负序分离的电流控制器，负序电流抑制。国家电网2.1分布式光伏接入配电网对故障电流影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院光伏逆变器提供短路电流能力“当检测到电网侧发生短路时，光伏电站向电网输出的短路电流应不大于额定电流的150%。定：“分布式变流器型发电系统提供的短路电流按1.5倍额定电流计算。江苏省分布式光伏接入配电网技术指导意见第2.3.6“并网逆变器”规定：当电网短路时，逆变器的过电流应不大于额定电流的150。在后续分析中分布式光伏电源提供的最大短路电流以1.5倍额定电流计算。国家电网2.1分布式光伏接入配电网对故障电流影响STATE GRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院光伏逆变器电压/频率运行区间参照NB/T32004-2018光伏并网逆变器技术规范第8.3.4电压适应性规定：表1A类逆变器电压运行范围要求电压范围运行要求A类逆变器电压运行范围要求如表1所示U0.9UN应符合低电压穿越要求B类逆变器并网点电压在0.85U-1.1UN之间时，应0.9UU1.1UN应正常运行能正常运行。（B类逆变器未作低电压穿越要求）1.1UU1.3UN应符合高电压穿越要求第9.1.2交流输出侧过/欠压保护规定：表2B类逆变器交流过/久欠电压保护要求B类逆变器并网点电压在表2电压范围内时，应在电网电压（电网接口处）要求相应时间内停止向电网线路输电，此要求适用于多U0.5UN最大分闸时间不超过0.2s相系统中的任何一相。0.5UU0.85UN最大分闸时间不超过2.0s第9.2过/欠频保护规定：0.85UU1.1UN连续运行1.1UU1.5过负荷定值720ALoad20%4060850%100%分界1光伏井网容量占比（%）间级差配合保证下游开关选择性跳闸；且上游保护故障电流减小，可靠不动作国家电网3.4分布式光伏接入对线路重合闸的影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院（2）重合闸影响动模试验：考虑光伏逆变器实际特性下的重合闸影响;RC负载处于合闽状态，0s时刻线路L12未端发生三相故障，过渡电阻为3.5欧姆。0.4/0.69kVSG1S3跳闸及重合闸过程模拟试验结果L12+L13L11光伏出负载S3跳闸延故障持脱网频脱网时重合闸合闸冲S3S4S5S6T1号力/kW/kW时/s续/s率/Hz间/ms时间/s击B1B2ST3ST410.17150.2/0.270.318无210.17100.2/0.280.319无0.69/0.4kV310.177.040.2/0.270.3161.05无BT1BT2410.177.040.2/0.270.5575249无SPVSRL1SRL2SSESRC510.177.040.1/0.150.5575253无15kW50kW光伏RL1负载RL2负载（储能，RC负载试验结果：重合闸前，光伏电源因孤岛保护动作快速脱网重合闸试验运行方式图重合闸无冲击，重合成功后，光伏进入重新并网过程国家电网3.4分布式光伏接入对线路重合闸的影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院（2）重合闸影响动模试验试验4）光伏出力10.17kW，负载7kW，故障持续0.55st1时刻：L12未端发生三相故障t2时刻：经266ms，开关S3跳闸t3时刻：经249ms光伏脱网频率增大至75HZ；t4时刻：故障消失，wwwt5时刻：经766ms，开关S3重合闸，无明显冲击。ww改进措施：加强光伏电源防孤岛保护验收调整重合闸时间（2s）与分布式光伏防孤岛保护配合，确保在光伏脱网后重合。必要情况下，配电线路采用检无压三相一次重合闸S2S3S434加装线路PT。重合闸试验一光伏SPV电压和电流国家电网3.4分布式光伏接入对线路重合闸的影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院10kV配电线路重合闸通常采用无检定三相一次重合闸线路保护重合闸时间一般取1.1s1.4s，电网故障后，分布式光伏脱网前持续向故障点提供短路电流（最长脱网动作时间2s），影响瞬时性故障重合成功率若故障后分布式光伏与负载形成长期孤岛，由于光伏的电压支撑，线路重合闸存在非同期合闸风险可能会给系统内电气设备产生影响。（1）重合闻影响仿真计算出线1U线路AB发生BC相间接地故障系统。出线开关跳闸，模拟光伏带电阻负载孤岛运行，光2B出线2伏出力8.3MW，负载功率412MW分段1分界2光伏电源与系统相位差180重合闸，仿真案例冲击ALoad电压、电流在允许范围内。分界1重合闸仿真示意图国家电网3.5110kV主变间隙保护影响STATE GRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院影响分析110kV线路保护一般按单电源原则配置，故障后仅电源侧开关跳开，故障未完全隔离，大量光伏接入后使负荷侧电网可能形成孤岛带故障运行。110%V母线10kV海技220kV/110kV110kV技可能导致以下问题：YOY故障点熄弧时间延长负荷侧由中性点直接接地系统变为中性点不接地系统，可能导致110kV主变间隙保220kV/110kV110:V每线护动作，扩大动作范围，并闭锁备自投，YOYAN甚至导致负荷损失。国家电网3.5110kV主变间隙保护影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院现场案例三相电压110kV线路发生A相接地故障后，系统侧开关1跳开104.514零序电压负荷侧光伏电站与负荷孤岛运行，110kV系统零序电压-7.10180.20升高，主变间隙击穿，0.5s后间隙保护动作，切除主变三相电流e.08r220kV110kVA变电站A零序电流220kV110kVL1110kV变电站B10kV负载V5开关！开关2220kV系统PV0.00故障发生时刻电递侧开关断升110kV变电站B（开关2）线路保护故障录波应对措施。完善主变间隙保护功能，设置两段时限，1时限切光伏并网线路，2时限跳主变开关。国家电网3.6分布式光伏接入对备自投的影响STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院高压分段备自投110kV线路发生故障后，系统侧开关跳开110kV11段10kV段如下情况，备自投启动条件不满足，低电压或防孤岛保母线母线BK护动作切除分布式光伏后，备自投启动，动作时间延长。1）分布式光伏向故障点持续反送电。2BK7BK14BKEK122）分布式光伏与负荷形成孤岛，无压条件不满足。110kV系统2主变2BK6BK1主变间隙保护动作，高压分段备自投闭锁BK低压分段备自投BK15BKDEK10+负载110kV系统1BKiBK410kV主变1故障时，主变1高、低压侧开关跳闸：主变1110kV1段10kVI段分布式光伏与负荷形成孤岛，10kV1母线可能不满足无母线母线BK3压条件，防孤岛保护动作切除分布式光伏，待备自投检备自投运行方式图无压满足后，备自投启动，动作时间延长。04工作展望国家电网工作展望STATEGRID国网江苏省电力有限公司电力科学研究院近期工作加强高比例分布式光伏接入地区配电网故障案例及数据收集和分析：重点关注各类型入网光伏逆变器故障电流特性及限值、孤岛运行等性能；结合实际场景，定量研究保护适应边界，为分布式光伏接入容量、布局等提供就建议。积极开展5G配网保护等新原理、新技术、新方案试点，做好运行数据分析评估。后续研究构网型分布式电源故障特征及其对保护控制影响；分布式光伏消纳带来的配网结构变化（如柔性合环等）对保护控制的影响及应对措施分布式光伏占比升高、储能大量应用等，配电网形态及并网要求改变对保护控制的影响。汇报结束，敬请批评指正谢谢2023年5月