【摘 要】针对分布式光伏大规模接入配电网带来的继电保护适应性问题，文章通过理论分析与仿真验证相结合的方法，系统研究了光伏电站交流侧故障暂态特性及其对配电网保护系统的影响机理。研究表明，光伏逆变器的限流特性使故障电流被限制在1.5倍额定电流以内，且不对称故障时电流以正序分量为主，这一特性与传统电源有显著差异。基于研究成果，提出了包含保护配置优化、定值整定改进和重合闸策略完善三个层面的综合改进方案，为高比例光伏接入的配电网保护设计提供理论支撑。

【关键词】分布式光伏；故障特性；继电保护；配电网；保护整定

引言

分布式光伏发电是“碳中和”目标下快速发展的新能源。但是，由于光伏电源的随机性、间歇性等特点，现有的配电网保护方式面临巨大挑战，会影响原有传统电网故障特性和表现。特别是其自身交流侧出现故障所具有的一些独特暂态特性和行为，也带来一些潜在的隐患与缺陷，例如可能给继电保护系统带来诸如导致保护装置的误动作或拒动作的问题[1]。因此，有必要进一步研究并了解新型的基于新能源的分布智能馈线上的故障特性及对传统保护系统的影响，以提高新型电网的安全性和可靠性。

一、光伏电站并网结构特征分析

（一）典型接入方式

分布式光伏电站一般以T接方式接入10 kV及以下配电网。该方式结构简单、成本低、见效快，不需要改造现有电网线路就能并网运行。T接接入改变了原有网络中的电源供电单电源辐射状结构，导致配电网电力潮流由单向变为双向流动，对配电网的运行、控制和保护提出了新的要求。分布式光伏发电站T接接入现有线上，形成多电源供电局面，虽然比较经济实惠，但是使原来基于正常电力流的继电保护方案不适用于新加入的分布式光伏。在分布式电源发生故障或断开连接时，无法迅速从上游电网恢复供电，亟需采取相应措施，以确保对配电网实施有效控制。

（二）保护配置特点

当前配置方案以用户侧保护为主，根据接入的容量不同，采用相应的保护方式。对于小规模电站，往往以熔断器作为过流保护。对于规模较大的中型及以上的电站，则应该配备专用的断路器保护装置，这些保护装置配置在用户产权的分界点处，负责对整个电站本体内所有故障或异常情况进行保护。在系统侧一般不设专门的保护装置，仍保持原来的配电网保护方式，基本能够满足小比例光伏时的保护需求，但是随着大规模光伏发电的接入，显得很不适应。例如，可能出现动作灵敏度等发生变化及保护配合混乱等一系列问题，因此，必须对其加以改善和优化[2]。

二、交流侧故障暂态特性研究

（一）逆变器限流特性分析

光伏逆变器作为光伏发电系统的功率转换装置，采用电力电子器件，使故障期间的光伏电流输出呈现一定的特性。目前，现代型光伏逆变器大多配备了快速数字控制系统。当光伏逆变器输出电流超过额定值的1.2～1.5倍时，在几毫秒后触发快速限流保护，即利用该逆变器产生的脉冲宽度调制脉冲改变占空比，将光伏电流限制在安全范围内，防止功率元件过流受损。此外，根据系统工作情况及运行要求的不同，对于不同时间段、电流大小、是否允许持续过载运行等因素，光伏电站逆变器的限流值可自动调节，且针对不同故障持续时间，控制单元会对实际电流进行不同的保护响应动作。例如，长时间或持续的过流状态下会逐步减少光伏逆变器的输出电流，直到完全闭锁故障电流不再流动。这种“自调整”现象导致光伏电站在导致线路故障时，中性点不接地系统在不对称短路和相间短路条件下，其故障电流既不同于同步发电机的“冲击电流”，也不完全等同于异步电机的“衰减电流”，是一种独特意义上的“受控短路电流”，对配电网继电保护的配置和整定提出了特殊要求[3]。

（二）故障仿真分析

为深入研究光伏电站交流侧的故障暂态特性，采用PSCAD/EMTDC仿真平台建立含有光伏阵列、直流-直流（Direct Current to Direct Current，DC/DC）变换器、逆变器以及电网的光伏发电系统仿真模型。