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光伏新能源并网对继电保护的影响研究谢学渊，曾麟，张宇峰，杨惠雯，蒋懿（国网湖南综合能源服务有限公司，湖南长沙 410011）我国国土面积广阔，光能、风能等可再生资源丰富，随着我国国民经济的飞速发展，常规能源如煤炭等资源的劣势也逐渐显露1，光伏发电因其环保、可持续利用的特性，作为新能源被广泛应用。随着依靠太阳能发电的光伏电站的数量逐渐增多，此类依靠自然资源发电的方式对所在地区电网的影响也愈加显著。光伏新能源发电需要阳光充沛等条件，因受地域、气候等原因影响易出现波动，当光伏新能源并网接入电网后，由原来单独的电源系统变成了多电源系统，原电网内电压、电流、继电保护等均受到了不同程度的影响2。因此，相关学者对光伏新能源并网对继电保护的影响进行了研究。王献志等3针对新能源并网问题提出了从分散式接入到根据电网特定条件进行规模化接入的方式，该接入方式对继电保护的影响也较低，但该接入方式太过繁杂，建立初期需要投入大量的人力和物力，且需要高额的维护费用，只适合特定的光伏电站，并不适合广泛应用；和萍等4主要研究含风电和光伏发电的综合能源系统的低频振荡问题，分析了光能和风能发电的随机性和不稳定性特点，但只分析了并网后对电力系统低频振荡特性的影响，未涉及其他影响的分析。在目前研究的基础上，本文深入探讨了光伏新能源发电的特点及原理，根据光伏新能源并网的位置，深入研究了其并网后对电网内电能质量、短路、熔断器、自动重合闸，特别是对电网内的继电保护产生的重要影响。1光伏新能源并网输电系统1.1光伏新能源发电原理及并网输电系统光能作为新能源，具有环保、可再生的特点，因该特点而使其逐渐取代煤炭等常规能源，并被广泛应用。光伏新能源发电是指太阳光照射在金属阵列上，这些金属阵列分布式排列后形成光能阵列，阵列中的硅板材质可以把太阳光线转变成电能，最后传递给电网作为重要的补充能源。光伏新能源并网输电系统中主要包含硅板材质制成的光伏阵列、电容适配器、并网逆变器、蓄电池组、负载器等。光伏阵列产生的电能输送到蓄电池组当中，蓄电池组与控制器相连，再经过并网逆变器和并网控制器，保证输入的电能与电网电压相匹配。光伏新能源并网输电能够与电网进行有摘要为提升新能源并网后的输电质量，光伏新能源并网对继电保护的影响是重要研究内容之一。分析了光伏新能源并网输电系统的原理、特点以及光伏新能源专属线路接入和 T 型接入两种并网方式。光伏新能源接入电网的位置影响继电保护的灵敏性和选择性，同时光伏新能源发电具有波动性的特点，对电网内电能的品质会造成谐波畸变、电压波动和闪变、潮流倒向等影响。研究结果表明，光伏新能源并网后会导致线路电压产生变化，影响电网电能质量；光伏新能源并网功率越大，对电网各节点电压的升高作用越明显，同时会改变电网内的潮流分布；光伏新能源接入线路的首端、中端、末端等不同位置，会不同程度影响继电保护的灵敏性和选择性。关键词光伏新能源；并网系统；熔断器；自动重合闸；继电保护；并网逆变器文章编号：1005-9598(2023)-04-0154-06中图分类号：TM615文献标识码：A收稿日期：2023-04-05基金项目：国网湖南综合能源服务有限公司科技项目（ZN2021S001）第一作者：谢学渊（1967），男，汉族，湖南湘潭人，高级经济师，学士，2001 年本科毕业于长沙电力学院，现从事综合能源服务、储能、能效服务等方面工作，E-mail：。DOI：10.19889/ki.10059598.2023.04.036引用格式：谢学渊，曾麟，张宇峰，等.光伏新能源并网对继电保护的影响研究J.煤化工，2023，51（4）：154-159.第 51 卷第 4 期2023 年 8 月煤 化 工Coal Chemical IndustryVol.51No.4Aug.2023第 51 卷第 4 期效的互动调节：可以为用户输送电能，也可以把多余的电能存储在电网中，以备后续使用5。光伏新能源并网输电系统可分为四类，详见表 1。由表 1 可知：光伏新能源并网输电系统内，有的设置了光伏蓄电池，有的没有设置光伏蓄电池，根据是否含有光伏蓄电池，系统又分为无电池储能光伏新能源并网输电系统和有电池储能光伏新能源并网输电系统，不含光伏蓄电池的发电系统需配置光伏阵列、并网逆变器、控制器等。无电池储能光伏新能源并网输电系统的工作过程：太阳光线通过光伏阵列将光线生成直流电能，直流电能逐一经过控制器、并网逆变器，最后生成交流电能，交流电能通过联网控制器以及负载器进入国家电网中等待调度；有电池储能光伏新能源并网输电系统是在无电池储能系统之中加入了光伏蓄电池6。两种发电系统如图 1 所示。由图 1 可知：两种系统的差别在于是否设置了光伏蓄电池组，光伏蓄电池组的作用是存储电能，当电网因故障等原因发生限电、停电等问题时，光伏蓄电池组存储的电能可以发挥相应作用。虽然光伏蓄电池的可靠性很高，但造价比较昂贵。图 1（a）系统不设置光伏蓄电池组，光伏发电后可直接进入电网中，节约了成本并能避免废旧电池造成的污染。1.2光伏新能源接入电网的方式根据实际情况，分布式光伏新能源并网输电系统7目前在我国应用较多，光伏新能源接入分布式电网的方式有两种：特定专属线路接入，通过在分布式电源内各接入点的位置放置特定专属开关，通过该开关对对应的线路直接控制，或者直接连接到指定的位置上，进而达到直接控制的目的；T 型接入，该方法没有专用的线路和开关，可以直接接入各分布式电源至各个电缆线路当中。2光伏新能源并网对继电保护和电能质量的影响2.1对继电保护的影响我国常规的电网结构是射线状，并且由单独的电源提供电量，继电保护装置也是根据其结构而配置的。在射线状的电网系统内，只存有一个电源向故障处输送电流，所以解决故障只需绕过系统内的断路器即可。光伏新能源未接入电网时的故障电流传输示意图如图 2 所示，图中 IS是电网系统产生的故障电流，A是故障节点，IF是经过故障节点的电流，R 是保护装置，IR是经过保护装置的故障电流。当光伏新能源接入到电网中，电网内发生故障后，故障节点处仍有电流通过，这种情况会更改电网内各个节点的短路情况，进而改变故障电流的方向、大小以及持续的时间。因电网的各类型机组较多，且与其他配置共同输电时，故障节点的短路情况繁杂，进而导致电网内各个过流保护配置无法协调完成保护机制。根据光伏新能源并网以及继电保护的特征，表 1光伏新能源并网输电系统分类系统向电网提供电能系统不向电网提供电能系统根据实际情况向电网提供电能系统其他情况提供电能系统是否设置蓄电池是否是否是否是否应用范围紧急、突发、不可抗力等情况一般民生用电、商业用电紧急情况、大功率使用者户外太阳能发电设备等民生用电、小功率使用者独立运行，防灾等不可抗力情况偏远地区、离网场所独立供电设备交流电网联网控制器交流负载器并网逆变器控制器光能阵列开始结束（a）无电池储能交流电网联网控制器交流负载器并网逆变器控制器光能阵列开始结束（b）有电池储能光伏蓄电池组图 1无/有电池储能光伏新能源并网输电系统RAIRIFIS图 2光伏新能源未接入电网时的故障电流传输示意图谢学渊等：光伏新能源并网对继电保护的影响研究155-2023 年煤 化 工线路 D新能源接入到电网中的方式可分为三种，如图 3 所示，图中 S 是电网系统内电源，S1是光伏新能源，A1、A2是发生故障的节点。由图 3（a）可知：当光伏新能源接入电网的首端（1 处）时，增加了电网系统的电容，当 A1、A2处发生故障时，S1仍然在提供电流，因此，应当根据 S1的容量来设计配置保护措施。由图 3（b）可知：当光伏新能源接入电网的中端（2 处）时，故障节点发生在 A1，电网系统内的短路保护在 A1处切断，距离故障节点 A1的前半段有短路保护装置，而距离故障节点 A1的后半段则没有短路保护装置，这就使得光伏新能源会向故障节点输送反向短路电流，且会向下方的负荷供电形成孤岛效应；而当 A2处发生故障，光伏新能源并网后会通过保护装置向下方（即 A2位置下游）注入电能，保护装置的保护范围被扩大，进而降低继电保护的灵敏性8。由图 3（c）可知：当 A1或者 A2发生故障，保护装置会提供反向的短路电流，引起保护的误操作，进而降低继电保护的选择性9。通过上述分析可知，在图 3（a）中，当 A1、A2处发生故障时，S1仍然能够提供电流，而图 3（b）和图 3（c）的接入方式会造成继电保护灵敏性和选择性的降低，因此，相比较之下，图 3（a）的接入方式更好。2.2对熔断器保护的影响熔断器是当电路中的电流超标时，电流通过本身产生热量然后熔断，进而切断电路，保护整个电网安全。通常情况下，熔断器放置在变压器的高压处或是电路的分路处以及末端。但是光伏新能源并网后，电源线路变得繁多复杂，结构也产生了变化，在实际的发电过程中，如果出现故障，熔断器并不一定会起到保护作用，如产生这种情况，则降低了整体电路运行的安全性和稳定性。2.3对自动重合闸保护的影响当电路在运行过程中发生短路故障并被继电保护设备切断后，电弧会自动熄灭。通过自动重合闸操作，大部分电路短路处的绝缘可以恢复正常，使电路重新投入工作。我国电力的线路结构是单侧电源结构，自动重合闸因其自身特点对电网起到了保护作用，减少了电网在运行中因短路故障而产生的损失。分布式光伏新能源并网之后，当电网系统和光伏电站之间发生故障，而且自动重合闸未在电流短路的故障点自动重合10，分布式光伏新能源并网后电网会将电流源源不断地运送到故障处，从而使电弧二次燃烧，影响自动重合闸正常工作，致使整个电网系统造成重大事故。因此为了降低此类事故，需要对电网中的光伏电站进行及时控制，并在自动重合闸开始重合之前将其阻隔11，且把反孤岛效应保护装置放在分布式光伏电站端。2.4对电网电能质量的影响光伏新能源并网以后，对电网电压造成影响，使电压、电流的波形变异，波形变异对电能质量的影响主要有以下三个方面：（1）谐波畸变12，光伏新能源并网输电系统需安装交流负载器，其接入后会造成谐波电流，进而影响电网电压，称为谐波畸变，另外并网系统中的电容器和负载器也会造成谐波情况，谐波畸变越发严重13；（2）因为光伏新能源受到地理位置、气候、时间等因素的制约而具有波动性，因此，电网中的电压会出现波动和闪变，接入光伏新能源以后，不断变化的功率会使电网电压持续波动14，进而产生闪变问题，影响系统的稳定性；（3）潮流倒向，因光伏新能源在接入电网中的位置和本身的装置设备各不相同，当接入的光伏新能源电量超高，使接入节点处存留大量的输入功率，导致该处电压升高，引起潮流倒向15，整个电网电能质量会因此降低。3算例分析以某市电网为例，研究分析光伏新能源并网后对电网电能质量以及继电保护的影响。该电网的总电源电压是 220 kV，母线 35 kV 上连接了四条线路，该市电网具体参数如图 4 所示。SAA1A2S1123（a）光伏新能源连接电网首端SAA1A2S1123SAA1A2S1123（b）光伏新能源连接电网中端（c）光伏新能源连接电网后端图 3光伏新能源连接电网的不同位置方式S12340.7km2 km3.3km5.2 km51km62.7km73.4km89101.5 km 2.5 km4 km112.5km124.5 km220 kV线路 A线路 B线路 C图 4某市电网参数示意图35 kV 总线路156-第 51 卷第 4 期A1B234C一段5678SS1DEF二段（b）中端接入3.1电网电能质量受光伏新能源并网的影响为检验光伏新能源并网后电网品质是否改变，将10 kW 光伏新能源系统与电网线路 A 的多个接入点（14）连接，得到光伏并网前后的电压变化情况，见表 2。表 210 kW 光伏新能源接入不同节点并网前后各节点电压情况线路线路 A线路 B线路 C线路 D节点123456789101112光伏并网前电压/kV34.5633.9732.8931.7834.2233.0132.5534.0633.4532.2333.4532.09光伏并网后电压/kV接入线路 A（1）36.1735.5834.5333.3935.6334.4233.9335.4734.8633.6134.8633.52接入线路 A（2）36.2735.6134.5233.4535.6134.4134.0535.5234.9233.7134.9133.52接入线路 A（3）36.1935.6334.5233.4135.6534.4333.9335.4934.8233.6434.8333.55接入线路 A（4）36.2535.6234.5833.4635.7134.5334.0435.5534.9433.7234.9133.53由表 2 可知：当光伏新能源接入该电网线路 A 的14 节点处后，各个节点的电压与未接入光伏新能源前的电压相比都有不同程度的升高。线路 A 中的 4 节点处因距离该电网的总电源最远，虽然有光伏新能源并网系统的接入，但该节点的电压仍然最低，其他节点由于与电网的总电源较近，所以电压比线路 A 中 4节点的电压高，因此，光伏新能源并网后对线路中的电压有影响，进而影响电能的品质。将 15 kW、20 kW、30 kW 的光伏新能源分别接入线路 C 的 10 节点处，统计光伏新能源并网前后的电压变化情况，见表 3。由表 3 可知：15 kW、20 kW、30 kW 的光伏新能源并网后，功率越大对该电网各节点电压的升高作用越明显，线路 A 的 4 节点处，因距离该电网的总电源最远，分别接入三个功率的光伏新能源后，该节点的电压仍然是线路 A 全部节点的最低电压。当线路 C 的 10 节点分别接入 15 kW、20 kW、30 kW 的光伏新能源后，该节点上的电压比其他未接入光伏新能源节点的电压高，且该线路接入光伏新能源后，8、9、10 处节点的电压按照距并网的远近也逐一升高。由此可知，光伏新能源并网后，不仅影响了电网的电压，而且电网内的潮流分布也受到影响，进而影响电能的品质。3.2光伏新能源的接入位置对继电保护的影响光伏新能源可以在电网线路的首端接入，也可以在线路的中端和尾端接入，不同的位置接入所产生的影响也是不相同的，光伏新能源在该电网的接入位置对继电保护的影响见图 5。表 3光伏新能源接入同一节点并网前后各节点电压线路线路 A线路B线路C线路 D节点123456789101112光伏并网前电压/kV34.5633.9732.8931.7834.2233.0132.5534.0633.4532.2333.4532.09光伏并网后电压/kV15 kW49.8149.2348.1447.1549.4348.2447.8250.3351.7253.9248.7147.3620 kW52.5451.9550.8749.7652.2050.9250.5353.0454.4355.2151.4150.0730 kW70.5469.9568.8767.7670.2068.9268.5371.0472.4373.2169.4168.07A1B234C一段5678SS1DEF二段（a）首端接入谢学渊等：光伏新能源并网对继电保护的影响研究157-2023 年煤 化 工由图 5（a）可知：光伏新能源 S1在一段线路的首端 2 处接入，当 A 节点发生故障时，一段的短路电流会增加，保护装置会增加继电保护的范围，随着保护范围的扩大，保护的灵敏性降低，当短路电流超过规定数值时，一段的保护装置失去选择性，如一段内的AC 处故障节点不及时处理会使二段的保护装置同样失去选择性。由图 5（b）可知：光伏新能源 S1接入该电网的二段中端 7 处，光伏新能源接入电网的中端后，保护装置会从 7 区内逐渐扩大到 6 和 8 区域，从而降低了保护装置的灵敏性，这种情况不及时处理会引起总电源S 的故障，短路的电流会让一段同样失去选择性。由图 5（c）可知：光伏新能源 S1接入一段的 4 处，C 节点出现短路故障，二段 F 处在不断地增加短路电流，迫使该电网内的保护范围逐步放大，因保护范围扩大使其灵敏性降低，短路电流不断加大，使一段和二段的保护装置降低了选择性。综上所述，并没有一种接入方式是普遍最好的，而是需要根据具体情况进行评估和选择，这包括考虑光伏系统的规模、电力系统的结构、继电保护策略和安全要求等方面。合适的接入方式应该能够满足电力系统的可靠性、稳定性和安全性要求，并确保光伏系统与电力系统的良好互动。4结语光伏新能源发电的飞速发展给常规能源注入了新鲜活力，但光伏新能源并网后对电网的继电保护等也发出了新的挑战。本文根据光伏发电的特点及原理，深入研究了光伏新能源并网后对电网电能质量、断电保护灵敏性和保护的选择性造成的影响，并结合算例分析对这些影响进行了更具体的分析，得出光伏新能源并网功率越大，对电网各节点电压的升高作用越明显；光伏新能源接入线路的首端、中端、末端等不同位置，会不同程度影响继电保护的灵敏性和选择性，需要根据具体情况选择接入位置。通过深入了解光伏新能源对继电保护装置的影响，可以确保系统的安全、可靠运行，并提高电力系统的稳定性和灵活性。参考文献：1 周玉立，袁宏永.中国煤炭发电与光伏发电技术的经济性评估J.技术经济与管理研究，2020（12）：97-102.2 杨国清，薛雨，姚李孝，等.光热电站并网对新能源电网运行特性的影响研究J.电网与清洁能源，2021，37（5）：134-139，146.3 王献志，赵宇皓，周雪青，等.考虑新能源接入的配电网继电保护研究J.电子器件，2021，44（2）：339-345.4 和萍，武欣欣，陈婕，等.含风电和光伏发电的综合能源系统的低频振荡J.电力科学与技术学报，2019，34（1）：20-27.5 李鹏辉，陈建林，凌永志，等.储能在光伏发电系统中的应用J.电源技术，2019，43（2）：279-282.6 管飞，黄永章，杨鑫，等.光伏经新能源同步机并网小干扰模型及次同步振荡抑制作用J.华北电力大学学报(自然科学版)，2022，49（1):58-67.7 崔勇，杨菊芳，潘年安，等.光伏系统无功服务对电网运营影响研究J.太阳能学报，2019，40（8）：2314-2322.8 孙梦晨，丛伟，余江，等.电网运维大数据背景下的继电保护通信系统故障定位方法J.电力自动化设备，2019，39（4）：141-147.9 李友军，周华良，郑玉平，等.继电保护装置存储异常变位的容错设计与应用J.电力系统自动化，2021，45（7）：155-162.10 胡雪凯，张乾，胡文平，等.分布式光伏对线路自动重合闸的影响分析J.电力系统保护与控制，2019，47（17）：75-82.11 王震宇，孙正伟，王开白，等.输电线路二次自动重合闸方案的设计与验证J.电力系统保护与控制，2021，49（19）：115-123.12 沈阳武，刘佳润，张斌,等.光伏逆变器动态谐波等效建模及其影响因素研究J.电力系统及其自动化学报，2019，31（8）：126-132.13 张可儿，包继刚.基于光伏新能源系统无功接入和谐波研究J.电力电子技术，2021，55（4）：111-114.14 范文杰，肖湘宁，陶顺.计及继电保护动作的电压暂降评估J.电力电容器与无功补偿，2019，40（3）：129-136.15 郑涛，汤哲，张滋行，等.统一潮流控制器对继电保护的影响及对策研究综述J.电力系统保护与控制，2019，47（15）：171-178.A1B234C一段5678SS1DEF二段（c）尾端接入图 5不同光伏接入位置对继电保护的影响158-第 51 卷第 4 期启事投向 煤化工 期刊的论文，凡属于国家自然科学基金、国家各部委基金，以及其他重大或重要科研项目，请随稿提供项目名称、年度和编号。本刊对国家自然科学基金及其他基金资助课题的重点论文优先发表。Automatic control method of ammonia injection for denitrification of1 000 MW supercritical coal-fired power generation unitYang Zhan1,Yang Kang1,Liu Chengzhu1,Deng Qin1,Yang Kai2(1.Zhejiang Zheneng China Coal Zhoushan Coal Power Co.,Ltd.,Zhoushan Zhejiang 316000,China;2.Beijing New Leaf Energy Technology Co.,Ltd.,Beijing 100180,China)AbstractAiming at the problem of poor control effect of traditional denitrification and ammonia injection,an automaticcontrol method of ammonia injection for denitrification of a 1 000 MW supercritical coal-fired power generation unit wasproposed.A model of the denitrification and ammonia injection system for a 1 000 MW supercritical coal-fired powergeneration unit was established based on the BP neural network.Based on the gated recurrent unit neural network model,themeasurement of outlet NOxmass concentration was completed.The automatic control of ammonia injection for denitrification ofa 1 000 MW supercritical coal-fired power generation unit was achieved through a hybrid radial basis function neural network.The experimental results showed that the proposed method had a good effect on automatic control of ammonia injection forgenerator denitrification,and could effectively reduce the amount of ammonia escape.Key wordscoal-fired power generation unit;denitrification ammonia injection control;NOxmass concentrationmeasurement;neural network model（上接第 141 页）Study on influence of photovoltaic new energy grid connection on relay protectionXie Xueyuan,Zeng Lin,Zhang Yufeng,Yang Huiwen,Jiang Yi(State Grid Hunan Comprehensive Energy Service Co.,Ltd.,Changsha Hunan 410011,China)AbstractIn order to improve the transmission quality after the integration of new energy into the grid,the impact ofphotovoltaic new energy grid connection on relay protection is one of the important research contents.The analysis was madeon the principle and characteristics of the photovoltaic new energy grid connected power transmission system,as well as thetwo grid connected methods of photovoltaic new energy exclusive line access and T-type access.The different locations ofphotovoltaic new energy connected to the power grid affected the sensitivity and selectivity of relay protection.At the sametime,photovoltaic new energy power generation had the characteristic of volatility,which could cause harmonic distortion,voltage fluctuations and flicker,and flow reversal on the quality of electricity in the power grid.The research results indicatedthat the integration of photovoltaic new energy into the grid could lead to changes in line voltage and affect the quality of powergrid.The higher the grid connected power of photovoltaic new energy,the more obvious the effect on the voltage rise of eachnode in the power grid,and at the same time,it would change the power flow distribution within the power grid.The sensitivityand selectivity of relay protection would be affected to different degrees at different positions such as the head,middle,andend of photovoltaic new energy access lines.Key wordsphotovoltaic new energy;grid connected system;fuses;automatic reclosing;relay protection;grid connectedinverter谢学渊等：光伏新能源并网对继电保护的影响研究159-