淺談分布式電源對(duì)繼電保護(hù)的影響及對(duì)策

車?guó)Q

摘 要：智能電網(wǎng)發(fā)展背景下，分布式電源獲得了蓬勃的發(fā)展，大量的分布式電源將接入配電系統(tǒng)，也給繼電保護(hù)帶來(lái)了一定的影響。文章簡(jiǎn)述了分布式電源的概念，分析了分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)在靈敏性、選擇性和重合閘三方面的影響，并提出了有效的應(yīng)對(duì)策略。

關(guān)鍵詞：分布式電源；繼電保護(hù)；影響；對(duì)策

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）21-0099-02

近年來(lái)，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式電源因其具有清潔、低碳、高效、可持續(xù)等特征，獲得了日益廣泛的應(yīng)用。各種分布式電源的接入，也給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了新的特征，系統(tǒng)的潮流方向發(fā)生改變，對(duì)原有的繼電保護(hù)配置也帶來(lái)了影響。

1 分布式電源簡(jiǎn)介

分布式電源（Distributed Generation）簡(jiǎn)稱DG，是指功率為數(shù)千瓦到50 MW之間的，不直接和輸電系統(tǒng)相連的獨(dú)立電源系統(tǒng)。分布式電源電壓等級(jí)在35 kV及以下，呈小型模塊化，主要包括太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電等可再生能源發(fā)電設(shè)備，以及電磁儲(chǔ)能、電化學(xué)儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能等儲(chǔ)能設(shè)備。

分布式能源接入電力系統(tǒng)后，具有調(diào)峰、可持續(xù)利用、降低電網(wǎng)投資、提升供電可靠性等優(yōu)點(diǎn)，通常以35 kV及以下的電壓等級(jí)接入配電網(wǎng)運(yùn)行。

2 分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)的影響

配電網(wǎng)是接入用戶端的最末環(huán)節(jié)，與電力用戶的用電質(zhì)量和舒適度息息相關(guān)。由于電壓等級(jí)不高，分布式電源接入前，配電網(wǎng)的繼電保護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，而分布式能源的接入，使配電網(wǎng)潮流方向發(fā)生變化，給傳統(tǒng)的繼電保護(hù)配置帶來(lái)影響。

2.1 分布式電源接入前的配電網(wǎng)繼電保護(hù)配置

由于電壓等級(jí)不高，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)采用單端電源供電，呈放射性網(wǎng)絡(luò)供電。與之相適應(yīng)，繼電保護(hù)的配置不具備方向性，主要為：過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)、距離保護(hù)，其中尤以過(guò)電流保護(hù)最為常用。

按照常規(guī)配置，在配電網(wǎng)的10 kV饋線出口處均配置三段式的過(guò)電流保護(hù)，通過(guò)階段式電流保護(hù)在動(dòng)作區(qū)、動(dòng)作時(shí)限上相配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)整條饋線的保護(hù)。配電網(wǎng)的10 kV饋線以終端線路為主，可以將保護(hù)簡(jiǎn)化為電流速斷和過(guò)電流兩段，如果電網(wǎng)需要快速切除靠近饋線處的故障，可以增設(shè)反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。

線路因故障跳閘后，配置三相一次重合閘，不分相跳閘，在故障后，確保及時(shí)場(chǎng)合，恢復(fù)供電。

2.2 分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)配置的影響

分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)的影響集中體現(xiàn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改變、潮流流向的變化、故障電流的變化三個(gè)方面，影響的大小根據(jù)電源的位置和容量而異。分布式電源接入給繼電保護(hù)帶來(lái)的影響主要包括靈敏度改變、選擇性改變和重合閘不成功三個(gè)方面。

如圖1所示，為含有分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)圖，其中，Es為系統(tǒng)主電源，Zs為Es的等效阻抗，L1為配電網(wǎng)的一條出線，ZL為L(zhǎng)1的線路全長(zhǎng)阻抗，DG為接入配電網(wǎng)的分布式電源，通過(guò)一個(gè)雙圈接入L1線路，ZDG為其等效阻抗。

2.3 保護(hù)靈敏度改變

如圖1所示，以安裝在L1線路首端的保護(hù)1為例，在故障點(diǎn)F1處發(fā)生故障時(shí)：分布式電源DG接入之前，Es單側(cè)電源供電，故障電流僅由Es提供；分布式電源DG接入之后，DG也對(duì)故障點(diǎn)提供故障電流，但保護(hù)1所能感受的電流僅為Es提供，DG的助增作用導(dǎo)致了保護(hù)1靈敏度的降低，接入系統(tǒng)的DG容量越大，對(duì)保護(hù)靈敏度的影響越大，嚴(yán)重時(shí)，可能導(dǎo)致F1處故障時(shí)保護(hù)1動(dòng)作緩慢甚至拒動(dòng)。

上圖所示僅為分布式電源接入的一種情況，若分布式電源接入在保護(hù)前端，則保護(hù)能夠感受到的故障電流將增大，保護(hù)靈敏度變大，在故障時(shí)可能導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，同時(shí)，也會(huì)給上下級(jí)保護(hù)之間的配合帶來(lái)影響。

2.4 保護(hù)選擇性改變

根據(jù)上文所述，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)由于進(jìn)行單側(cè)電源供電，所以保護(hù)配置均不帶方向。而分布式電源的接入，使得電網(wǎng)中故障時(shí)，存在兩個(gè)電源，可能導(dǎo)致保護(hù)失去選擇性，出現(xiàn)誤動(dòng)作。

如圖1所示，在F3點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源接入之前，僅由Es提供故障電流，而分布式電源接入后，也向F3提供故障電流，導(dǎo)致保護(hù)2感受到的故障電流Ik變大，可能導(dǎo)致保護(hù)2的電流速斷保護(hù)失去選擇性誤動(dòng)作，將屬于下級(jí)線路的故障超范圍切除。

2.5 重合閘不成功

對(duì)于配電網(wǎng)而言，傳統(tǒng)的放射性網(wǎng)絡(luò)單側(cè)電源供電時(shí)，故障被切除后，三相一次重合閘可以有效重合，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生太大的沖擊，保障了系統(tǒng)的可靠性。而分布式電源接入后，多電源網(wǎng)絡(luò)使重合閘的難度變大，可能重合不成功。

①DG孤島運(yùn)行。有分布式電源接入的系統(tǒng)，當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作切除故障后，只將故障點(diǎn)與系統(tǒng)主電源隔離，而分布式電源仍然能通過(guò)線路供電，并未與配電網(wǎng)脫離。所以，此時(shí)將形成由分布式電源單獨(dú)供電的電力孤島，DG的孤島運(yùn)行將給重合閘增加難度。

②非同期合閘。出現(xiàn)DG孤島運(yùn)行后，由于系統(tǒng)主電源的脫離，分布式電源可能加速或減速，系統(tǒng)功率發(fā)生變化，分布式電源孤島運(yùn)行時(shí)，與主電網(wǎng)可能出現(xiàn)一個(gè)相角差，與主電網(wǎng)失去同步，導(dǎo)致故障后系統(tǒng)三相一次重合閘時(shí)，兩側(cè)系統(tǒng)不同步，不滿足重合閘條件，進(jìn)行非同期合閘，給系統(tǒng)帶來(lái)很大的沖擊，電流的波動(dòng)還可能引起保護(hù)再次動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致重合閘不成功。

③故障點(diǎn)拉弧。如上文所述，有分布式電源接入的系統(tǒng)在故障時(shí)，保護(hù)動(dòng)作只將故障點(diǎn)與系統(tǒng)主電源隔離，而分布式電源仍然能通過(guò)線路提供故障電流，導(dǎo)致故障點(diǎn)拉弧，長(zhǎng)期不熄滅可能導(dǎo)致故障擴(kuò)大，從瞬時(shí)性故障發(fā)展為永久性故障，導(dǎo)致系統(tǒng)重合到永久性故障而再次跳開(kāi)。

3 分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)配置影響的對(duì)策

針對(duì)上文分析的分布式電源接入對(duì)繼電保護(hù)的影響，可從以下幾個(gè)方面采取相應(yīng)對(duì)策：

①加裝故障限流器。故障限流器用來(lái)削弱分布式電源對(duì)繼電保護(hù)的影響，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子型限流器可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)表現(xiàn)為無(wú)電抗，在發(fā)生故障時(shí)，成為阻抗器來(lái)進(jìn)行限流，有效防止繼電保護(hù)的誤動(dòng)作。

②加裝方向元件。針對(duì)分布式電源接入后，可能出現(xiàn)了多電源供電導(dǎo)致繼電保護(hù)失去選擇性，對(duì)繼電保護(hù)加裝方向元件，來(lái)確保繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。

③加裝低周低壓解列裝置。為了降低非同期合閘和故障點(diǎn)拉弧給系統(tǒng)帶來(lái)的影響，可以在分布式電源側(cè)加裝低周低壓解列裝置，還可以通過(guò)適當(dāng)延長(zhǎng)重合閘動(dòng)作時(shí)間，使分布式電源在合閘前，能夠斷開(kāi)與故障點(diǎn)的聯(lián)系，當(dāng)線路重合時(shí)，系統(tǒng)側(cè)能夠檢線路無(wú)壓，使得分布式電源側(cè)檢同期合閘成功。

4 結(jié) 語(yǔ)

分布式電源接入配電網(wǎng)后，對(duì)繼電保護(hù)的影響與該電源的類型、容量、接入位置都有關(guān)。分布式電源的容量越大，對(duì)繼電保護(hù)的影響越強(qiáng)，當(dāng)分布式電源位于繼電保護(hù)前端時(shí)，電源的助增作用將導(dǎo)致保護(hù)范圍擴(kuò)大，可能誤動(dòng)作或越級(jí)跳閘；當(dāng)分布式電源位于繼電保護(hù)后端時(shí)，電源的分流作用將導(dǎo)致保護(hù)范圍縮小，可能出現(xiàn)拒動(dòng)。此外，分布式電源對(duì)保護(hù)的選擇性和重合閘都帶來(lái)了一定的影響，應(yīng)采取有效的保護(hù)策略，保障繼電保護(hù)裝置動(dòng)作的速動(dòng)性、選擇性、靈敏性、可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周衛(wèi)，張堯，夏成軍，等.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，（38）.

[2] 胡成志，盧繼平，胡利華，等.分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響的分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（29）.

[3] 馮?？?，邰能靈，宋凱，等.DG容量對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響及對(duì)策研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，（38）.