分布式發(fā)電對配電網(wǎng)線路保護的影響

摘 要：為了分析分布式發(fā)電對配電網(wǎng)線路保護的影響，以某分布式電源接入配電網(wǎng)為模型進行研究。研究分布式電源在并入配電網(wǎng)不同饋線區(qū)域和不同線路段時，對配電網(wǎng)線路保護以及配電網(wǎng)中其他裝置的影響，觀察在分布式電源在不同位置進行接入時對配電網(wǎng)重合閘的影響，提出相應(yīng)的保護措施，希望可以解決分布式電源在接入配電網(wǎng)線路時對線路保護造成的影響。

關(guān)鍵詞：分布式電源；配電網(wǎng)；線路保護；保護算法

目前我國配電系統(tǒng)主要以集中式供配電為主，如果配電網(wǎng)中的任何一處出現(xiàn)了故障，都會對整個配網(wǎng)造成影響，極易造成電力安全事故，而且集中式配電網(wǎng)不能有效的觀察各個電力區(qū)域發(fā)生的電網(wǎng)負荷變化，會造成電力分配的損失。分布式發(fā)電是一種新型的發(fā)電技術(shù)，包括水力發(fā)電、風力發(fā)電、光伏發(fā)電和燃料電池發(fā)電等等，分布式發(fā)電可以分散的布置在電力用戶周圍，并且并入到配電網(wǎng)中對用戶提供電能，促進了電力能源的利用，具有較高的經(jīng)濟效益。但是分布式發(fā)電并入到配網(wǎng)線路中，會改變配電網(wǎng)原有的拓撲結(jié)構(gòu)，對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、線路保護等造成影響。針對分布式電源接入配網(wǎng)線路不同饋線位置對線路保護造成的影響進行分析，提出相應(yīng)的配網(wǎng)線路保護措施，促進我國配電網(wǎng)的發(fā)展。

1 分布式發(fā)電的分類和優(yōu)點

1.1 分布式發(fā)電的分類

分布式發(fā)電可以在電力用戶的附近建立起容量比較小的發(fā)電機組，對附近的電力負載進行供電。分布式發(fā)電與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電有很大的不同，因為分布式發(fā)電使用的全部為可再生能源，降低了我國能源的消耗，對環(huán)境保護有著重要的作用，并且分布式發(fā)電的規(guī)模比較小，保證了距離電源中心較遠用戶的供電，提高了配電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。分布式發(fā)電技術(shù)主要包括水力發(fā)電、風力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、燃料電池發(fā)電和生物能發(fā)電等等，是一種對可再生能源進行利用的發(fā)電技術(shù)。

1.2 分布式發(fā)電的優(yōu)點

分布式發(fā)電由于是在電力負荷的附近進行供電，所以減少了配網(wǎng)在電力傳輸過程中造成的電力損失，提高了配網(wǎng)供電效率。分布式發(fā)電與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比有著以下優(yōu)點：分布式發(fā)電運用的都是可再生能源，并且分布式電源全部建立在電力負荷附近，降低了能源消耗，滿足我國節(jié)能環(huán)保的要求；分布式發(fā)電并入到配電網(wǎng)中，可以對配網(wǎng)進行電力補充，即使配網(wǎng)出現(xiàn)故障，分布式電源也能對電力用戶進行不間斷供電，提高了供電可靠性；分布式電源的安裝比較簡便，運行方式也非常靈活，可以根據(jù)電力負荷隨時進行調(diào)節(jié)，具有良好的調(diào)峰性能；分布式發(fā)電系統(tǒng)裝機比較簡單，可以解決偏遠地區(qū)的供電問題，提高了配網(wǎng)供電的經(jīng)濟性。

2 我國配電網(wǎng)現(xiàn)有的保護配置

我國的中低壓配電網(wǎng)大多是單側(cè)電源，輻射式配電，所以配電網(wǎng)中的電流方向以及功率全部是恒定的，配網(wǎng)線路的保護裝置也全部以單側(cè)電源為基礎(chǔ)。我國的配電網(wǎng)線路都配備有繼電保護裝置，可以保證配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，并且配電網(wǎng)中的保護裝置大多遵循三段式電流保護。三段式電流保護原是指可以根據(jù)電流的增加而自動啟動的保護裝置，三段式電流保護包括瞬時電流保護、定時限電流保護和定時過電流保護，并配備了自動重合閘裝置。

三段式電流保護中的瞬時電流保護和定時限電流保護是對配電網(wǎng)線路的主體保護，過電流保護為配電網(wǎng)線路的備用保護。例如在配電網(wǎng)因為線路故障出現(xiàn)電流激增時，瞬時電流保護就會啟動，對配電網(wǎng)的電流進行切斷，瞬時電流保護的保護范圍有限，不能對線路全長進行保護。定時限電流保護的保護范圍比瞬時電流保護大，基本可以保護整條線路，但是卻需要相應(yīng)的動作時間。過電流保護是在線路發(fā)生故障時啟動的，并且可以對主線路的相鄰線路進行保護。

大多數(shù)配電網(wǎng)的線路故障均屬于瞬時故障，為了保證在瞬時故障時候能迅速地恢復供電，自動重合閘裝置一般都與瞬時保護裝置進行配合。在線路發(fā)生故障時，自動重合閘裝置會迅速切斷整條線路，并進行重新合閘，如果故障為瞬時故障，那么在重合閘之后整條線路就會恢復供電。所以自動重合閘裝置保證了配電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性，并且還可以對配網(wǎng)線路中的誤跳閘進行糾正。如果配電網(wǎng)線路出現(xiàn)永久性故障，自動重合閘裝置會進行重復斷開，避免故障范圍擴大對周邊線路造成影響。

3 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)線路保護的影響

3.1 分布式電源接入對配電網(wǎng)一次重合閘的影響

分布式電源接入到配電網(wǎng)之后，配電網(wǎng)中的線路不再是原本的單側(cè)電源，但是自動重合閘裝置會增加供電穩(wěn)定性，所以不會對裝置進行拆除，這就導致線路在出現(xiàn)故障時自動重合閘的相關(guān)功能會對整個配電網(wǎng)產(chǎn)生不利的影響。舉例分析分布式電源接入后對一次重合閘的影響（如圖1所示）。

（S為系統(tǒng)配電網(wǎng)；F為故障點；K為線路保護裝置；L為配電網(wǎng)線路）

圖1 接入分布式電源的配電網(wǎng)線路

對圖1進行分析，如果配網(wǎng)線路的故障出現(xiàn)在K1范圍內(nèi)，該段范圍的一次重合閘裝置就會啟動將線路斷開，這時分布式電源就會形成電力孤島，導致配電網(wǎng)的電力同步出現(xiàn)問題，使一次重合閘喪失了瞬時故障恢復的能力，線路中也會出現(xiàn)沖擊環(huán)流，對分布式電源造成沖擊。

如果線路故障為永久故障，那么在自動重合閘裝置將線路斷開后，分布式電源繼續(xù)對配電網(wǎng)進行供電。在這種情況下重合閘裝置將線路重新連接時，線路電流就會過大，導致故障點出現(xiàn)強電流擊穿，使電力事故的范圍擴大。

為了解決上述問題，可以在分布式電源并入配網(wǎng)處安裝線路保護裝置，使線路發(fā)生故障時，保護裝置可以對分布式電源進行切斷。

3.2 分布式電源的接入對配電網(wǎng)線路三段式電流保護造成的影響

分布式電源在配電網(wǎng)中的并入位置不同，會導致配網(wǎng)的電流產(chǎn)生重新分布，并入位置的不同也會導致故障電流的大小和流量產(chǎn)生不同，所以要對分布式電源不同的并入位置進行分別闡述。

3.2.1 在配網(wǎng)線路的末端并入分布式電源對三段式電流保護造成的影響

在配網(wǎng)線路末端并入分布式電源后，在系統(tǒng)配電網(wǎng)和分布式電源之間就變成了雙電源供電，其他未并入的區(qū)域仍為單電源供電。在這種情況下如果臨近分布式電源的F1出現(xiàn)了故障，P3、P4線路保護裝置是不會發(fā)現(xiàn)該處線路故障的，P1、P2也會繼續(xù)接受到系統(tǒng)配電網(wǎng)傳輸?shù)碾娏繉ε潆娋W(wǎng)進行繼續(xù)供電，這種情況下P2不會受到分布式電源的影響，能夠可靠的對線路故障進行切除；如果故障點出現(xiàn)在F2點處，P1保護裝置不會受到分布式電源的影響，可以執(zhí)行自動切斷，但是P2會接收到分布式電源的繼續(xù)供電，使該處形成電力孤島，對電力用戶的用電設(shè)備造成損害；如果線路故障出現(xiàn)在F3處時，短路電流是由系統(tǒng)供電網(wǎng)和分布式電源共同提供的，P3可以接受到系統(tǒng)配電網(wǎng)的供電并且不會接收到分布式電源的供電，可以可靠的對線路故障進行切除，但是P1和P2線路保護裝置會接收到分布式電源提供的電流，如果分布式電源的容量比較大，有可能造成P2線路保護裝置的誤切除；如果線路故障發(fā)生在F4處，最理想的切斷情況就是由P4進行單獨工作對故障點進行切除，但是如果分布式電源的容量過大的話，可能會出現(xiàn)P2的誤切除動作，也可能會出現(xiàn)P3對線路進行切除，影響了線路保護裝置的判斷性，所以在分布式電源在線路末端進行并入時，要合理的控制分布式電源的容量，保證線路保護裝置能夠合理的選擇切斷。（圖2）

圖2 在配網(wǎng)線路末端并入分布式電源

3.2.2 在配網(wǎng)線路的中間端并入分布式電源對三段式電流保護造成的影響

這種并入方式使整個配網(wǎng)線路中系統(tǒng)配網(wǎng)與分布式電源之間為雙電源供電，其余位置為單電源供電。當不同位置出現(xiàn)短路故障時，分布式電源對配電網(wǎng)線路的影響也是不同的。假入配網(wǎng)線路的故障出現(xiàn)在F1點，在這種情況下P3和P4線路保護裝置不會受到分布式電源的影響。P2會繼續(xù)執(zhí)行切斷操作，但是P1會受到分布式電源的影響，導致保護裝置的靈敏度降低，不能及時發(fā)現(xiàn)線路中存在的故障。P1保護裝置的靈敏度會隨著分布式電源的容量而變化，分布式電源的容量越大，P1保護裝置的靈敏度也就越低；如果故障發(fā)生在F2處，會出現(xiàn)和上述情況相同的現(xiàn)象。因為P1保護裝置的電力主要由系統(tǒng)配電網(wǎng)進行提供，但是產(chǎn)生故障的電流比分布式電源并入之前小，所以P1不能有效的發(fā)現(xiàn)線路故障，所以不會進行保護，如果分布式電源的容量過大，還會造成P1保護裝置拒動的現(xiàn)象。當F3處發(fā)生故障時，P2和P3都會正常的運行，但是P1可能會感受到分布式電源提供的短路電流，造成P1保護裝置的錯誤切除，影響LD2線路的正常用電。當F4處發(fā)生故障時，會和上述情況相同，P1仍然會感受到分布式電源提供的短路電流，造成線路的錯誤切除。所以需要對分布式接入電源的容量進行控制，避免分布式電源容量過大，影響配電網(wǎng)線路保護裝置的正常運行，對整個配電網(wǎng)線路的三段式電流保護造成影響。（圖3）

圖3 在配網(wǎng)線路中間段并入分布式電源

4 對接入分布式電源的配電網(wǎng)線路保護改進措施

將原有的系統(tǒng)供電網(wǎng)和分布式電源接入點的線路改變成雙端供電結(jié)構(gòu)，原本的三段式電流保護僅在線路側(cè)端安裝線路保護裝置，不具備方向性的保護功能，所以在保護過程中，容易出現(xiàn)分布式電源的反方向傳遞，對線路保護裝置造成擾動。針對這種現(xiàn)象，可以在線路保護裝置中加裝方向測定元件。分布式電源如果對短路位置提供電流可能會造成短路點的電弧過大，導致短路點的重合閘功能不能實現(xiàn)，導致配電網(wǎng)線路的永久性故障。所以對分布式電源的配網(wǎng)線路保護進行改進時需要在線路前半段設(shè)置斷路器，保證線路發(fā)生故障時，可以將故障從兩端切除掉。在對分布式配電網(wǎng)線路進行改進時，是將三段式電流保護更改為兩段式電流保護，并結(jié)合通信系統(tǒng)進行改進。在改進過程中需要將相鄰的兩個線路保護裝置構(gòu)成一個完整的通信單元，并將所有的通信單元與保護裝置的通信通道相連。使線路保護裝置在閉鎖時，可以向通信模塊發(fā)出相應(yīng)的閉鎖信號，通信模塊對閉鎖信號進行分析，確定正確的閉鎖位置，避免相鄰線路同時閉鎖的現(xiàn)象發(fā)生，有效的降低了線路保護裝置錯誤擾動的現(xiàn)象。

在對分布式配電網(wǎng)線路保護進行改進時，不論分布式電源安裝在整條線路的任何位置，都需要在分布式電源的前半段安裝繼電保護器，使線路保護裝置存在電流方向性的判斷。因為分布式電源的下半段為單電源結(jié)構(gòu)，所以它的電流經(jīng)過方式必然是單方向的，不需要加裝繼電保護器。同時也要保證下半段線路保護裝置與上半段保護裝置通信的及時，避免上級線路保護裝置出現(xiàn)錯誤保護。

5 結(jié)束語

通過對分布式發(fā)電分類和優(yōu)點以及我國配電網(wǎng)現(xiàn)有的線路保護裝置進行闡述，分析分布式發(fā)電對配電網(wǎng)線路一次重合閘的影響，以及分布式電源對配電網(wǎng)三段保護電流造成的影響，簡單闡述配電網(wǎng)線路保護的改進措施，希望可以有效解決分布式發(fā)電給配電網(wǎng)線路保護造成的影響，推廣分布式發(fā)電的應(yīng)用。

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作者簡介：劉芳（1979-），女，漢族，河北南宮人，工程師，從事電網(wǎng)工程設(shè)計工作。