CN104753045A - 分布式光伏并网安全防护系统 - Google Patents

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侯劲松
蒯圣宇
赵武
赵锋
舒晓欣
庞彦
李涛
蒯群
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Wuhu Power Supply Co of State Grid Anhui Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种分布式光伏并网安全防护系统，属于电力系统领域，该系统包括设置在分布式光伏发电系统和配电网之间的分布式光伏逆变器和中低压断路器，中低压断路器具有关断单元、检测无压跳闸单元和检测有压合闸单元。分布式光伏逆变器根据分布式光伏逆变器交流输出端电压值切断分布式光伏发电系统向电网供电。通过三道屏障的设置，可在现有装备技术条件下，系统的解决分布式光伏低压并网安全问题。

Description

分布式光伏并网安全防护系统
技术领域
本发明属于电力系统领域，具体涉及一种分布式光伏并网安全防护系统。
背景技术
发展光伏发电最大的技术挑战就是反孤岛，在越来越多的分布式光伏系统接入电网情况下，孤岛效应的危害就显得更为突出，对电网的检修造成很大的影响，表现为：重新跳开线路或者相连的设备可能会由于失步合闸而造成破坏；在孤岛期间认为线路不带电的电网维护工人将受到安全威胁；孤岛可能干扰电力系统的正常的手动或自动供电操作，孤岛下的重合闸可能会影响配电系统的保护开关动作程序，导致线路再次跳闸，破坏并网逆变器及相连的设备；单相分布式并网发电系统中，当孤岛发生时，若不及时的断开有可能造成或者加剧本地三相供电系统的不平衡，增加电网检修的难度和工作量。分布式光伏发电大多属于用户侧并网，当出力与负荷就地平衡时，就会存在孤岛效应问题。当电力检修人员在维护接有分布式光伏发电系统网侧线路或设备时，一旦分布式光伏发电的防孤岛保护功能失效，将给电力检修人员的现场安全作业等带来隐患。如图1所示，根据Q/GDW480—2010《分布式电源接入电网技术规定》，孤岛效应是指当开关QF1断开后，公共连接点开关QF2(或分布式光伏发电接入装置)未能检出孤岛状态并及时断开，使分布式光伏发电系统依然向系统送电。当电网因事故或停电检修而失电时，如果分布式光伏发电系统的出力与本地负荷相匹配，就可能发生孤岛效应，造成待检修线路带电，给系统设备和相关人员带来安全隐患。
发明内容
针对以上现有技术的不足，本发明提供一种分布式光伏并网安全防护系统，通过建立三道安全屏障，解决分布式光伏低压并网安全问题。
本发明的技术方案是：一种分布式光伏并网安全防护系统，该系统包括设置在分布式光伏发电系统和配电网之间的分布式光伏逆变器和中低压断路器，所述中低压断路器具有关断单元、检测无压跳闸单元和检测有压合闸单元。所述分布式光伏逆变器根据分布式光伏逆变器交流输出端电压值切断分布式光伏发电系统向电网供电。当分布式光伏逆变器交流输出端电压V＜50％V标称时，最大跳闸时间为0.1秒；当50％V标称≤V＜85％V标称时，最大跳闸时间为2秒；110％V标称＜V≤135％V标称最大跳闸时间为2秒；当135％V标称＜V，最大跳闸时间为0.05秒。所述分布式光伏逆变器在电网频率变化时，分布式光伏逆变器根据电网频率切断分布式光伏发电系统向电网供电。当电网频率f＜48，分布式光伏逆变器0.2s内停止运行；当电网频率48≤f≤49.5，分布式光伏逆变器运行10分钟后停止运行；当电网频率49.5＜f≤50.2，分布式光伏逆变器正常运行；当电网频率50.2＜f≤50.5，分布式光伏逆变器运行2min后停止运行，处于停运状态的逆变器不得并网；当电网频率50.5＜f，分布式光伏逆变器运行2分钟后停止运行，处于停运状态的逆变器不得并网。所述检测无压跳闸单元失压跳闸值为30％UN，延时为10秒。所述检测有压合闸单元合闸值为30％UN，合闸采用手动合闸。该系统还包括安装在分布式光伏发电系统送出线路电网侧的反孤岛装置，所述反孤岛装置包括操作开关和扰动负载。所述反孤岛装置用于形成扰动，使分布式光伏逆变器检测到电压或频率异常，在2秒内产生保护动作。
本发明有如下积极效果：通过三道屏障的设置，可在现有装备技术条件下，系统的解决分布式光伏低压并网安全问题。由于分布式光伏逆变器、分布式光伏专用断路器在分布式光伏接入工程中本身就存在，只是在设备性能参数上有所增加和调整，并未新增装置，而专用低压反孤岛装置也只在分布式光伏并网容量达到一定比例时(如上级变压器额定容量的25％)，即有可能形成孤岛的条件下，才进行安装配置，并且装置功能简单实用，自身成本价格较低，在系统的解决分布式光伏低压并网安全的基础上，很好的兼顾到了经济性，有效降低了用户的工程投资成本。
附图说明
图1本发明中具体实施方式中的光伏发电系统的孤岛效应示意图；
图2本发明中具体实施方式中的安全防护三道安全屏障示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
从安全、经济原则出发，在现有条件下，可以从光伏逆变器、并网开关、低压母线这三个层面入手，构成有效地安全防护体系，防护体系如下图2所示。
(1)屏障1——逆变器防护
分布式光伏逆变器自身普遍具有电压、频率异常响应和反孤岛保护功能，根据《并网光伏发电专用逆变器技术条件》要求。逆变器交流输出端电压超出下表电压范围时，逆变器应切断向电网供电，并发出警示信号。
表4-1 逆变器电压异常响应要求
电网频率在额定频率变化时，逆变器工作状态应满足下表的要求。当因频率响应问题逆变器切出电网后，在电网频率恢复到允许的电网频率时允许逆变器能重新启动。
表4-2 逆变器频率异常响应要求
逆变器反孤岛保护功能国际上先后制定的并网技术标准，如UL1741，IEEEStd.929和IEEE Std.1547等，均规定并网发电装置必须具备防孤岛保护功能，并设计出具体防孤岛保护测试电路和测试方法。但由于并网技术要求和配电网运行要求不同，国际上对分布式光伏发电的孤岛保护配置还没有统一要求，对防孤岛保护动作时间的要求也不同，逆变器反孤岛技术性能可靠性无法保证。2006年，DISPOWER对德国使用的带检测电网阻抗变化的反孤岛策略及电网电压和频率监控的光伏电源逆变器进行了测试，结果表明，当电网在高阻抗不理想情况下运行时，光伏电源逆变器检测电网阻抗变化精确度较差，有可能发生用户发电设备向停电设备反向送电情况，导致部分已停电设备带电，进而危及作业人员人身安全。由于逆变器自身质量缺乏国家标准规范，且用户为降低分布式光伏接入工程成本，倾向选用价格较低的逆变器，使逆变器质量实现存在不确定性，同时逆变器的功能设定通常也不考虑与电力系统保护的相互配合，因此需要考虑补充防护措施。
(2)屏障2——专用中低压断路器
分布式光伏并网点专用断路器具备可靠的关断功能，同时新增了检无压跳闸功能和检有压合闸功能，可与上级电网安全自动装置进行有效配合。
检无压跳闸功能失压跳闸推荐定值30％UN，延时推荐10s。30％UN检无压定值是确保系统发生永久性故障时，分布式光伏发电正确断开与系统连接，转入离网运行状态。延时10s则大于当地电力系统备自投、重合闸与全自动馈线自动化动作最长时间，可确保系统发生暂时性故障(包括上级电源备自投、线路故障重合成功等)或电压波动时，分布式光伏发电保持并网状态等待系统恢复正常，提高分布式光伏发电运行的可靠性。
检有压合闸推荐定值30％UN，且合闸必须手动操作，确保发电设备在系统正常运行情况下才允许并网操作，有效防止配电设备停电检修时，用户误操作向系统反送电。
(3)屏障3——反孤岛装置
反孤岛装置是专门为电力检修或相关电力操作人员设计的一种反孤岛设备，反孤岛装置主要由操作开关和扰动负载组成，它基于光伏发电的孤岛运行机理和防孤岛保护策略进行开发设计，通过破坏分布式光伏发电孤岛运行的条件，实现反孤岛功能。反孤岛装置一般安装在分布式光伏发电系统送出线路电网侧，在电力人员检修与分布式光伏发电相关的线路或设备时使用。通过反孤岛装置形成扰动，使逆变器检测到电压或频率异常，确保在2s内保护动作，达到破坏孤岛运行的目的。
通过三道屏障的设置，可在现有装备技术条件下，系统的解决分布式光伏低压并网安全问题。由于分布式光伏逆变器、分布式光伏专用断路器在分布式光伏接入工程中本身就存在，只是在设备性能参数上有所增加和调整，并未新增装置，而专用低压反孤岛装置也只在分布式光伏并网容量达到一定比例时(如上级变压器额定容量的25％)，即有可能形成孤岛的条件下，才进行安装配置，并且装置功能简单实用，自身成本价格较低，在系统的解决分布式光伏低压并网安全的基础上，很好的兼顾到了经济性，有效降低了用户的工程投资成本。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：该系统包括设置在分布式光伏发电系统和配电网之间的分布式光伏逆变器和中低压断路器，所述中低压断路器具有关断单元、检测无压跳闸单元和检测有压合闸单元。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：所述分布式光伏逆变器根据分布式光伏逆变器交流输出端电压值切断分布式光伏发电系统向电网供电。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：当分布式光伏逆变器交流输出端电压V＜50％V标称时，最大跳闸时间为0.1秒；当50％V标称≤V＜85％V标称时，最大跳闸时间为2秒；110％V标称＜V≤135％V标称最大跳闸时间为2秒；当135％V标称＜V，最大跳闸时间为0.05秒。
4.根据权利要求1所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：所述分布式光伏逆变器在电网频率变化时，分布式光伏逆变器根据电网频率切断分布式光伏发电系统向电网供电。
5.根据权利要求4所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：当电网频率f＜48，分布式光伏逆变器0.2s内停止运行；当电网频率48≤f≤49.5，分布式光伏逆变器运行10分钟后停止运行；当电网频率49.5＜f≤50.2，分布式光伏逆变器正常运行；当电网频率50.2＜f≤50.5，分布式光伏逆变器运行2min后停止运行，处于停运状态的逆变器不得并网；当电网频率50.5＜f，分布式光伏逆变器运行2分钟后停止运行，处于停运状态的逆变器不得并网。
6.根据权利要求1所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：所述检测无压跳闸单元失压跳闸值为30％UN，延时为10秒。
7.根据权利要求1所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：所述检测有压合闸单元合闸值为30％UN，合闸采用手动合闸。
8.根据权利要求1所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：该系统还包括安装在分布式光伏发电系统送出线路电网侧的反孤岛装置，所述反孤岛装置包括操作开关和扰动负载。
9.根据权利要求8所述的分布式光伏并网安全防护系统，其特征在于：所述反孤岛装置用于形成扰动，使分布式光伏逆变器检测到电压或频率异常，在2秒内产生保护动作。
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