分布式光伏接入对配电网保护控制的影响

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 01背景 目录02光伏电源故障电流特征 国家电网 STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 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 背景 国家电网 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。 背景 国家电网 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 国家能源 比例不低于50%党政机关建筑屋顶 比例不低于40% 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 """ 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 逆变器类型及其运行要求 光伏电源的故障 光伏降列 电压、频率适应性 电流特征主要取低压电网 堆事式递变器 低电压穿越 决于逆变器特性 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：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； ...... 光伏阵烈 知乎包小白 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 分布式 筑屋顶; >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 R DC/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STATEGRID 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 A类逆变器电压运行范围要求如表1所示 电压范围运行要求 U<0.9UN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0.9U≤U≤1.1UN应正常运行 能正常运行。（B类逆变器未作低电压穿越要求） 第9.1.2交流输出侧过/欠压保护规定： 1.1U~<U<1.3UN 应符合高电压穿越要求 B类逆变器并网点电压在表2电压范围内时，应在相应时间内停止向电网线路输电，此要求适用于多相系统中的任何一相。 表2B类逆变器交流过/久欠电压保护要求 电网电压（电网接口处）要求 U<0.5UN最大分闸时间不超过0.2s 0.5U~≤U<0.85UN最大分闸时间不超过2.0s 第9.2过/欠频保护规定：0.85U~≤U<1.1UN连续运行 B类逆变器并网点频率超过47.5~50.2Hz范围时， 应在0.2s内停止向电网送电。 1.1U~≤U<1.35U 1.35U~≤U 最大分闸时间不超过2.0s 最大分闸时间不超过0.2s 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 光伏逆变器防孤岛要求参照《NB/T32004-2018光伏并网逆变器技术规范》 第9.7防孤岛效应保护规定：B类逆变器，应具备快速监测孤岛且立即断开与电网连接的能力，防孤岛保护动作时间应不大于2s，同时发出警示信号，且孤岛保护还应与电网侧线路保护相配合。 A类逆变器未作防孤岛保护要求 防孤岛保护方案分为主动式保护和被动式保护孤岛效应 被动式保护：通过检测逆变器交流输出端电压或频率的 异常来检测孤岛效应。 主动式保护：通过引入扰动信号来监控系统中电压、频光伏并网开关公共电网 率等变化，确定是否同电网连接。 光伏逆变器应至少设置一种主动和动式防孤岛保护负载 国家电网 2.2光伏逆变器性能试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 利用江苏电科院园区内配电楼楼顶光伏进行现场光伏电源性能及故障特征测试 口测试系统：配电楼屋顶光伏接入422开关，接入400V系统，模拟负载接入423开关，德维创DEWE- 5000采集光伏并网点电压和电流，在402开关下游串入Chroma回收式电网模拟电源来模拟电网故障。 10kV甲线 111口测试项目 ·光伏并网试验 孤岛运行试验 式电网模拟 421chroma回收402PA401 备 40kl光 源 422 电源打开402开关模拟光伏逆变器孤岛运行。 故障试验串入！ 伏电 模双423 负载 交流424 PA411...PA418故障试验（电压跌落试验） 调节Chroma三相输出电压降低、A相电压降 充电桩1德维创录波装置 低，模拟电网三相及单相故障电压跌落。 交流425 充电桩2 (EWE-5000) 国家电网 2.2光伏逆变器性能试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 光伏并网试验：合上并网开关，光伏逆变器输出的电流波形。 口0时刻，光伏并网 口约2min后，光伏开始输出三相电流 电流并逐渐变大； 口约15s后，光伏开始输出稳定的三相 电流。 阶段1阶段2阶段3光伏并网分为两个阶段：1）启机阶段，时长 并网点电压和光伏电源输出电流波形 约120s；2）并网阶段，约15s左右。 国家电网 2.2光伏逆变器性能试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 孤岛运行试验：打开402开关模拟光伏逆变器孤岛运行 式 序号负载模负载功率/光光伏电流消失光伏电流频率变 伏出力时间/ms化/Hz 120%15孤岛情况下： 2 60% 91 变快/87.7 3 定电阻105%105变快/103 4 模式 150% 136 变快/90.9 5 190% 107 变快/91.7 67 98.4% 51.7% 9586 变快/94.3 电流畸变 8定功率 100% 93 电流畸变 9模式 145% 85 电流畸变 口光伏电源快速脱网，最长脱网时 间不超过140ms； 口光伏电源输出电流频率变大，光 犬电源脱网前频率开高全90 100Hz左右，超过了光伏电源逆 变器能够运行的频率区间 10199%151 国家电网 2.2光伏逆变器性能试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 孤岛运行试验 模拟负载处于定电阻模式（负载32Q），负载功率/光伏逆变器输出功率60%； 口光伏电源倒送，三相负载为4945W，光伏逆变 器输出功率为8372W 口402开关拉开后，进线电流立即消失 口91ms后光伏电流衰减至0，孤岛期间，光伏电 流频率越来越快，脱网约88Hz； 井网开关分闸孤岛状态光伏彻底脱网 并网点电压、光伏电源和进线开关电流波形 国家电网 2.2光伏逆变器性能试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 故障试验：利用Chroma模拟电网三相及单相故障电压跌落。 序号电压跌落相别/电压值光伏输出功率脱网时间 1 2 ABC/90%Un ABC/85%Un 不变不变 3 ABC/80%Un 不变 4 ABC/60%Un 不变 5 ABC/50%Un 不变 不脱网 1.971s 1.969s 口电网电压跌落严重时，光伏 1.957s电源脱网，脱网时间符合 164msNB/T32004-2018规定 6ABC/40%Un不变163ms 8A/90%Un 不变 不脱网 9A/80%Un 不变 1.973s 1011 A/50%UnA/20%Un 不变不变 179ms176ms 12 BC/90%Un 不变 不脱网 7ABC/20%Un不变165ms口受试验当日天气状况限制，故 障电流均未超过光伏电源额定 电流，故障前后功率不变 2.2光伏逆变器性能试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 W 国家电网 故障试验 三相输出电压幅值为正常情况下40%，光伏逆变器并网点处电压和光伏输出电流 跌落前 220 3.996 3.993 4.010 跌落后 88 9.794 9.790 9.771 M 电压/NA相电流/AB相电流/AC相电流/A AAA M 163ms脱网 口光伏电源三相电流增大为电压跌落前的 2.452倍 电压跌落前后光伏电源输出功率保持不变 电压跌落0.163s后，光伏电源脱网。 并网点电压、光伏输出电流波形 国家电网 2.3光伏逆变器动模试验STATEGRID 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院 利用宿迁公司真型试验场动模平台开展了光伏并离网试验、故障试验、孤岛运行等试验 试验系统：光伏通过开关SPV接入BT1母线，BT1母线下形成一个配电台区；配变T3、T4容量50kVA, 变比0.69kV/0.4kV；主变T1、T2容量160kVA，变比0.4kV/0.69kV。 0.4/0.69kV