光伏电站并网对电网继电保护的影响与对策

引言：

随着分布式光伏电站在能源行业中的广泛应用，其大规模并网改变了传统电网的工作方式和电力系统的运行特性，这种变化对电网的继电保护系统提出了新的挑战，光伏电站的间歇性发电特性、电流双向流动、电压频率波动等现象，对传统的电网继电保护系统的设计和运行提出了新的要求。

1 光伏电站并网对电网继电保护的影响分析

1.1 电网功率平衡的扰动

分布式光伏电站的并网打破了传统电网的功率稳定格局，其出力受光照、天气等自然因素影响，呈现显著的间歇性与随机性。正午时段可能满发至额定功率，阴天或夜间则骤降至零，这种“脉冲式”波动使电网负荷曲线剧烈变化，传统基于可预测负荷的调度模式难以适配。当光伏出力突增且本地负荷无法消纳时，多余电力反送电网可能导致线路过载；而出力骤降时，若其他电源补能不及时，会形成功率缺口。

1.2 电压与频率的波动

光伏电站的间歇性出力直接加剧了电网电压与频率波动。电压方面，接入点电压与光伏出力正相关：满发时线路末端电压可能超额定值 5% ，出力骤降时可能跌落 10% 。农村台区光伏渗透率超 20% 时，夏季正午电压偏移可达±7% ，导致家用电器频繁启停；光伏突脱网时，接入点电压可能 0.5 秒内跌落20% ，损坏敏感设备。频率方面，光伏逆变器缺乏同步发电机的机械惯性，当渗透率超 15% 时，电网惯性降低，频率调节能力减弱。某区域光伏占比 25% 时，云层遮挡导致出力 10 秒内下降 40% ，频率波动范围扩大至 49.0-50.5Hz ，远超±0.2Hz 的安全阈值。传统依赖同步机的调频机制难以应对，需升级逆变器控制策略，增强其虚拟惯性与一次调频能力。

1.3 电流双向流动的挑战

传统电网基于电流单向从变电站流向用户设计，而光伏并网形成“变电站→用户”与“光伏→用户 / 电网”的双向流动。光照充足时，光伏向本地负荷供电并反送电网；光照不足时，用户从电网取电。这种变化对电网设备与保护系统构成多重挑战。设备层面，配电变压器需承受反向电流冲击，传统油浸式变压器在双向潮流下，绝缘老化速度加快 30% ；线路开关的灭弧室设计未考虑反向电流，可能导致分断能力下降。保护层面，传统过流保护预设单向电流方向，反向故障时可能误动或拒动。电流双向流动还改变了潮流分布，使传统故障测距方法失效。某馈线光伏接入后，发生单相接地故障，基于单向电流的测距装置误差达 500 米，延误抢修。需重构电网拓扑，采用自适应保护算法，动态调整保护定值与方向判据。

2 解决光伏电站并网对电网继电保护的影响对策分析

2.1 保护装置灵敏度与速度的提升

光伏并网导致的电流双向流动与功率波动，使传统保护装置灵敏度不足、响应滞后。传统过流保护按单向电流整定，反向故障时可能因电流幅值不足而拒动；光伏出力波动易被误判为故障，导致保护误动。某馈线光伏渗透率 20% 时，因云层遮挡导致电流波动，过流保护误动 3 次 / 月。对策包括：采用具备双向电流检测功能的智能传感器，实时识别电流方向与幅值；升级保护算法，引入“功率方向 + 电流幅值”双判据，区分正常波动与故障；通过光纤通信实现保护装置间的信息交互，缩短响应时间至 20 毫秒以内。某试点将传统保护升级为智能分布式保护后，故障切除时间从0.5 秒缩短至0.1 秒，误动率降为零。

2.2 分布式新能源的协同控制

多电源特性使短路故障时电流来源复杂，需通过新能源协同控制优化保护逻辑。故障发生时，快速切断光伏与电网连接，切换至储能供电，减少停电范围；采用多电源差流计算定位故障点，防止扩散。环网差动保护系统通过采集全网络电流信息，实时计算节点差流，精准定位故障。某环网光伏接入后，系统通过差流分析，将故障定位误差控制在 50 米内，隔离时间缩短至 0.3 秒。阶段式过流保护配合环网保护，分级控制开关动作，在供电中断时实现分层保护，保障非故障区域供电。

2.3 智能保护装置与算法的应用

智能保护装置结合物联网与 AI 技术，实现故障自动识别与反馈。装置内置边缘计算模块，实时处理光伏出力、电压等数据，异常时启动诊断算法并推送至运维平台。某电站智能保护系统将故障响应时间从10 分钟缩至1 分钟，检修效率提升 80% 。在线监测系统对设备状态实时监控，结合大数据预测潜在故障。通过分析光伏逆变器谐波数据，提前预警绝缘老化；监测线路温度与负荷，预测过载风险。某电网引入 AI 诊断算法后，故障预测准确率达 92% ，非计划停电减少 60% 。

2.4 短路保护与雷击保护的强化

短路保护需适配光伏短路电流特性（通常为额定电流 1.2-1.5 倍），降低保护阈值以提高灵敏度。某线路将过流定值从 1000A 调整为 800A ，并引入功率方向判据，短路识别准确率提升至 98% 。同时，采用限时速断与过流保护配合，区分故障与正常波动。雷击保护需强化光伏电站与电网协同。并网端加装避雷器与浪涌保护器，限制过电压；优化接地网设计，降低接地电阻至 4Ω 以下，加速雷电流泄放。某光伏电站经防雷改造后，雷击跳闸率从 0.5 次 / 年降至 0.1次 / 年。通过上述对策，可有效应对光伏并网对电网的挑战，为新能源高比例接入提供保障。

结束语：

分布式光伏电站并网对电网继电保护产生了深远的影响，在分析了电压、频率、电流双向流动以及保护装置灵敏度和速度等方面的影响后，我们认识到现有的继电保护系统需要针对性的优化和升级，针对这些挑战，引入智能化调控系统、提升保护装置的响应速度和灵敏度，以及优化电网结构和潮流控制策略是应对光伏电站并网带来影响的有效途径，未来，需要更多的研究和创新来应对新能源并网所带来的挑战，以确保电网能够安全、高效地运行。

参考文献：

[1] 光伏电站并网对配电网继电保护的影响研究 [J]. 巩怀鹏 ; 程宇 . 光源与照明 ,2024(11)

[2] 光伏电站并网对电网继电保护的影响研究 [J]. 吴其鲁 . 光源与照明 ,2024(07)