分布式光伏电源对配电网短路电流影响的仿真分析.docx

分布式光伏电源对配电网短路电流影响的仿真分析摘要：分布式光伏电源接入配电网是可再生能源得以充分利用的有效途径本 文从光伏发电系统的内部结构和控制策略出发，仿真分析并网逆变器在配电网发 生短路故障及逆变器自身故障时输出电流的变化特性关键词：光伏电源；配电网；短路电流近年来，随着能源利用与环境保护的问题越來越受到重视，光伏发电等新能 源在世界范围内得到了快速发展及广泛应用，并成为21世纪电力工业的主要发 展方向O一、 分布式光伏电源概述分布式光伏电源作为一种并网发电的形式，主要应用于中、低压配电网络中, 一般以10千伏及以下电压等级接入公用电网或离网运行由于光伏电源本身对 一次能源不可控，若不配备电能存储设备，将存在随机性及波动性的发电特性分布式光伏电源一般由光伏发电环节、DC-DC变换环节、逆变器环节和滤波 环节四部分组成发电环节将太阳光照能源通过光伏电池转化为直流电能；DC- DC变换环节将发电环节输出的直流电转化为后级逆变器环节所需的幅值相对稳定 的直流电；逆变器环节则将直流电逆变为频率与电网电压同步、幅值与电网电压 相适应的交流电；滤波环节主要滤除逆变输出电流中的高频分量，保障分如式光 伏电源的电能质量。

二、 分布式光伏电源对配电网短路电流的影响分布式光伏电源输出有功功率和无功功率的大小主要受控于光伏并网逆变器 的容量图1为分布式光伏电源在不同运行策略下的功率图，图中Spv表示光伏 并网逆变器的容量图1分布式光伏电源运行策略配电网发生短路故障时，由于短路电流是感性的无功电流，系统主电源提供 的短路电流和电压相差近90分布式光伏电源运行在策略I时，功率因数 恒定且为1,输出有功功率，无功功率基本为0在锁相环和PQ解耦控制的作用 下，光伏电源输出电流仍与端口电压保持接近为0的相位差，导致光伏电源提供 的短路电流同系统主电源的短路电流相差近90的相角，矢量合成后的短路电流 增大的幅值较小分布式光伏电源运行在策略2时，功率因数为滞后性质，向系 统输出感性的无功功率，此时光伏电源提供的短路电流中含有很大的无功分量， 即向系统注入感性无功电流同时，光伏电源提供的短路电流同系统主电源的短 路电流的相角差小于90矢量合成后的短路电流增大的幅值较大分布式光伏 电源运行在策略3时，功率因数为超前性质，由于系统短路电流是感性的无功电 流，而光伏电源从电网吸收感性的无功电流，从而导致光伏电源提供的短路电流 同系统短路电流的相角差大于90。

导致短路点的短路电流减小三、 仿真分析1、仿真系统试验参数以分布式光伏电源接入电网的并网点为考察点，考察 点之前的系统等效为一个无穷大电源与内阻抗的串联，考察点接有一定的负荷， 在考察点进行三相短路和两相相间短路故障仿真，并进行相应的故障电流分析1）系统电源额定电压为10kV,频率为50Hz,短路容量为100MVA，理论 上稳态短路电流有效值为5.77kAo电源内阻抗采用阻感串并联的RRL型式，参数 分别为电感0.003H、串联电阻0.20、并联电阻5Q2）分布式光伏电源并网发电系统额定容量为1MW,并网点电压为10kV, 频率为5OHz,额定电流为57.7A,允许过电流倍数为1.32、 三相对称短路时的短路电流光伏电源接入配电网后，短路点的短路电流 有所增大，光伏供出的短路电流控制在其额定电流的1.32倍光伏并网点下游线路4km处发生三相短路时，线路电阻和电抗分别为 0.2Q/km和0.4Q/km同时，光伏接入配电网后，短路点的短路电流有所增大， 但主电源供出的短路电流有所减小，光伏供出的短路电流控制在其额定电流的 1.3倍以内3、 两相不对称短路时的短路电流仿真分析了光伏并网点发生两相不对称短 路（短路电阻0.1Q）情况下光伏接入前后的短路电流，由此可知，來自主电源的两 相短路电流比三相短路电流小，其值为三相短路电流的0.866倍，但光伏电源供 出的短路电流并没有相应减小，其值仍然控制在光伏额定电流的1.3倍。

4、 分布式光伏电源不同出力对短路电流的影响受自然条件变化的影响，光 伏电源的最大出力是不确定的，在配电网发生短路时，光伏电源输出的短路电流 也会随之有所不同设光伏电源10kV并网点的系统短路容量为100MVA，光伏电源的额定功率为 5MW,若并网点发生三相短路，通过仿真得到日照强度分别为50、100、200、 500、1000> 1200W/m2时光伏电源供出的短路电流由此可知：1）光照达到一 定值（如额定值的20%以上）时，光伏电源提供的短路电流与额定光照时基本一致 2）当光照很小时，光伏电源提供的短路电流会显著减小但若光伏电源带有储 能时，输出的短路电流与光照无关四、光伏并网逆变器本身故障的影响光伏电源在运行过程中可能发生异常或故障，导致输出电流的特性发生显著 变化，影响或威胁着逆变器和配电网的安全稳定运行因此，在逆变器中均设有 必要的过电流保护和过电压保护但逆变器可能出现某些异常情况，它并不引起 变流器本身过电流或过电压，但却对配电网会产生严重影响，必须防范按故障发生的具体位置，逆变器的故障主要有IGBT器件开路、交流侧单相断 线、交流侧三相短路等，具体如下：1、 IG盯器件开路。

IGBT器件是一个可控的电力电子开关器件，在运行过程 中，IG盯驱动信号丢失、门极损坏或IGBT器件烧毁，均可能造成IGBT器件不能 正常开通、相当于开路的状态通常，在IGBT模块中都集成有一个等容量的并联 二极管，因此，IGBT器件开路包括IGBT器件本身开断但二极管仍然有效、IGBT 与二极管全部开断二种情况图2（a）为IGBT器件本身开断时的三相交流电流仿真波形，图2（b）为IG盯模块 开断时的三相交流电流仿真波形1.5s时，A相上管开断，三相电流的基波幅值 变化不大，但出现了严重的直流分量和波形畸变，将会对配电变压器的特性产生 严重影响图2 IGBT器件开路时仿真波形可见，发生IG盯开断故障时，三相电流本身并不显著增大，常规过流保护可 能不起作用，逆变器有可能在此状态下持续运行一段时间但从交流系统的角度 來讲，这种状态必须避免，可通过检测三相电流不平衡度或直流分量來启动保护, 封锁逆变器驱动信号2、 单相断线或并网点出现缺相在运行过程中，由于电网缺相、导体接触不 良或一相上下桥臂的2个IG盯器件驱动信号同时丢失等原因，都能造成类似于交流缺相的状态图3(a)为交流侧单相断线时的三相交流电流仿真波形，图3(b)为A相上下桥 臂IGBT同时丢失驱动信号时的三相交流电流仿真波形。

这二种情况下，A相电流 均为零，BC两相电流幅值基本不变，常规过流保护不起作用，可通过检测交流电 流三相不平衡度來启动保护，封锁逆变器驱动脉冲，避免异常状态持续3、并网逆变器的过电流型故障并网逆变器发生IGBT击穿熔通、死区时间 设置不当引起的桥臂直通、直流侧短路等故障，均会引起交流侧电流的过电流现 象对逆变器的交流侧而言，发生上述故障均相当于桥式逆变器交流出口处的三 相短路，此时主电源将通过并网逆变器的串联电抗器形成大电流回路由于串联 电抗器相对逆变器额定阻抗的电抗标幺值约为0.2,因此故障电流约为光伏额定 电流的5倍图3单相断线时仿真波形五、结语随着传洛能源的逐步枯竭，以光伏电站为代表的分布式电源技术将得到广泛 的应用同时，分布式发电技术的快速发展，为可再生能源的开发利用提供了条 件另外，分布式光伏电源接入配电网，必然会向短路点提供一定的短路电流， 从而可能对配电自动化故障定位产生影响参考文献⑴刘健，董新洲，陈星莺等•配电网故障定位与供电恢复[M].北京：中国电力 出版社,2015： 162-192.[2] 王晓，罗安，邓才波等.基于光伏并网的电能质量控制系统[J].电网技术， 2014, 36(04)： 68-73.[3] 袁建华，高厚磊，高峰等.交直流型微电网中光伏逆变器并联控制策略 [J].电网技术，2014, 36(08)： 19-23.。