探析分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)

王濤++楊利劍+付強++魏延彬

[摘 要]隨著我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的不斷提升，新材料技術(shù)、電子技術(shù)、電力技術(shù)以及計算機技術(shù)的應(yīng)用水平均獲得了大幅度提升，這在很大程度上擴(kuò)大了常規(guī)性電網(wǎng)與分布式發(fā)電技術(shù)之間的聯(lián)系，對比于傳統(tǒng)的分布式發(fā)電，現(xiàn)代分布式發(fā)電在獨立供能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了電網(wǎng)并入運行，這種創(chuàng)新不僅可以為電網(wǎng)提供電壓支持、提高電能質(zhì)量、降低線損發(fā)生概率，還可以有效降低輸配電的容量壓力，促使電力系統(tǒng)更具穩(wěn)定性。不過，與此同時，分布式電源并入也帶來了一系列障礙性因素，最為顯著的便是分布式發(fā)電保護(hù)。

[關(guān)鍵詞]分布式 發(fā)電系統(tǒng) 繼電保護(hù)技術(shù)

中圖分類號：TG333.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）20-0043-01

分布式發(fā)電具有極為顯著的優(yōu)越性，例如，高效、節(jié)能、環(huán)保、能源多樣化等，受到了電力工程的廣泛應(yīng)用以及大力推廣。本文對分布式發(fā)電與電網(wǎng)實現(xiàn)并入運行后，所帶來的繼電保護(hù)問題進(jìn)行了深入分析，并提出了相應(yīng)的解決策略。

一、分布式發(fā)電系統(tǒng)給繼電保護(hù)技術(shù)帶來的不良影響

（一）保護(hù)拒

分布式電源向配電網(wǎng)輸送的故障電流會在很大程度上減小檢測線路保護(hù)電流值，導(dǎo)致檢測值不滿足保護(hù)動作值，相應(yīng)的保護(hù)措施無法順利啟動。

（二） 保護(hù)誤動

一旦周邊項目出現(xiàn)電源故障，分布式電源反向電流會提高自身所在線路的檢測電力值，當(dāng)檢測電力值滿足動作值要求標(biāo)準(zhǔn)后，反向電流所在線路將會出現(xiàn)自動跳閘現(xiàn)象。

（三） 故障水平變化

分布式電源的并入，不僅可以擴(kuò)大故障電流，還可以降低故障電流。如果分布式電流在配電系統(tǒng)某區(qū)域存在容量過大的現(xiàn)象，將會導(dǎo)致故障電流出現(xiàn)大幅度波動情況，此時，相關(guān)人員必須擴(kuò)大相應(yīng)斷路器容量，并對相應(yīng)的保護(hù)裝置進(jìn)行升級處理。

（四） 供電喪失可靠性

如果分布式電源運行線路存在故障重合的現(xiàn)象，而分布式電源并沒有出現(xiàn)跳閘脫網(wǎng)的情況，這種非同期重合將會在很大程度上誘發(fā)保護(hù)誤動作，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞，線路無法繼續(xù)運行，電網(wǎng)系統(tǒng)將會在較長時間內(nèi)無法為用戶提供電能服務(wù)。

（五） 無法合理調(diào)節(jié)電壓

分布式電源具有容量大的特點，將其并入配電網(wǎng)，極易導(dǎo)致并入線路出現(xiàn)電壓越上限的情況。而一旦該線路因故障停止運行后，又可能出現(xiàn)電壓越下線的情況。相關(guān)人員要想對電壓進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，促使其滿足需求標(biāo)準(zhǔn)，必須將一系列附屬設(shè)施加設(shè)于周邊線路上，這將會在很大程度上擴(kuò)大分布式電源的并入資金成本。

二、 孤島監(jiān)測技術(shù)、反孤島保護(hù)

基于主電網(wǎng)未連接的條件，分布式發(fā)電系統(tǒng)繼續(xù)提供供電服務(wù)極為孤島現(xiàn)象。當(dāng)電網(wǎng)存在孤島現(xiàn)象，將會誘發(fā)一系列后果，例如，因無法有效控制孤島電壓及頻率而損壞用戶設(shè)備，線路帶電給檢修人員的生命健康以及財產(chǎn)安全帶來威脅等。普遍來說，當(dāng)主電網(wǎng)處于斷開狀態(tài)時，相關(guān)人員要立即采取有效的措施調(diào)控孤島系統(tǒng)，當(dāng)徹底消除系統(tǒng)故障后，才能對分布式發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)以及并入處理。我國相關(guān)文件中曾明確指出，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，在重合閘做出反應(yīng)之前，應(yīng)確保分布式電源不再將電能傳輸給電網(wǎng)，從而避免分布式發(fā)電系統(tǒng)將電能輸送給配有自動重合閘設(shè)備的配電網(wǎng)。因此，在電網(wǎng)系統(tǒng)的實際應(yīng)用中，分布式發(fā)電系統(tǒng)必須擁有反孤島保護(hù)能效，即電網(wǎng)斷離功能以及孤島監(jiān)測功能。

如果分布式發(fā)電系統(tǒng)的容量屬于中小等級，最為常見的配電網(wǎng)并入模式為逆變器并網(wǎng)。以逆變器并網(wǎng)為基礎(chǔ)的孤島監(jiān)測法有很多，大致可以劃分為兩個類別，一是主動式檢測；二是被動式檢測。由于不同檢測法的檢測原理也具有一定的差異性，因此，又可以將這兩類檢測類型劃分為多個檢測方法。被動式檢測的檢測對象是公共點運行參數(shù)，通過參數(shù)是否存在異常現(xiàn)象判斷孤島現(xiàn)象；而主動式檢測的主要檢測手段是將擾動信號傳輸給公共點，由此對系統(tǒng)是否存在孤島現(xiàn)象進(jìn)行判斷。孤島系統(tǒng)的電路運力如下所示：

普遍而言，分布式電源在并入配電網(wǎng)逆變器時，均會經(jīng)歷過/欠頻，即OUF，和過/欠壓，即OUV的保護(hù)，如果分布式電源在運行過程中所產(chǎn)的相應(yīng)參數(shù)大于給定閾值，OUF、OUV便會解列配電網(wǎng)系統(tǒng)與分布式電源，這種方式屬于孤島檢測方法。以O(shè)UF、OUV為基礎(chǔ)進(jìn)行孤島監(jiān)測，并不需要加設(shè)相應(yīng)設(shè)備，具有良好的操作便捷性以及經(jīng)濟(jì)性，屬于常用的基礎(chǔ)檢測方法。不過，如果分布式發(fā)電值等同于負(fù)載功率，無論電壓及頻率如何變化，其運行參數(shù)均不會大于給定閾值，那么此種檢測方法將無法發(fā)揮自身所具備的能效。由此可見，以O(shè)UF、OUV為基礎(chǔ)進(jìn)行孤島監(jiān)測會留存一定的檢測空白區(qū)，即NDZ。利用電壓諧波監(jiān)測儀檢測法對孤島進(jìn)行檢測，主要手段是檢測公共點電壓總諧波的畸變率；；利用相位突變檢測法對孤島進(jìn)行檢測，主要手段是檢測電壓、電流二者的相位差是否存在跳變現(xiàn)象。無論通過哪種方法對孤島現(xiàn)象進(jìn)行檢測，均會留存一定的檢測空白區(qū)，導(dǎo)致在使用過程中，檢測方法所具備的能效無法得以有效發(fā)揮。

應(yīng)用主動檢測法，主要手段是將一定的干擾信號添加于逆變器控制信號中，低逆變器輸出進(jìn)行檢測。如果逆變器成功并入配電網(wǎng)，此時再輸入干擾信號將無法發(fā)揮其應(yīng)有的作用，不過，一旦系統(tǒng)存在孤島現(xiàn)象，干擾信號所具備的能效便會立刻凸顯?，F(xiàn)階段，備受關(guān)注的檢測方法有兩個，分別為系統(tǒng)故障等級檢測法、無功輸出檢測法。首先，無功輸出檢測法的主要應(yīng)用是對分布式發(fā)電系統(tǒng)所具有的勵磁電流進(jìn)行有效控制，繼而促使其遵照一定的規(guī)格生產(chǎn)無功電流檢測系統(tǒng)是否存在孤島現(xiàn)象，不過，要想確保勵磁電流成功生產(chǎn)出無功電流，必須有效連接主系統(tǒng)與分布式電源。利用無功輸出檢測法檢測系統(tǒng)是否存在孤島現(xiàn)象具有良好的可靠性與可行性，不過，該方法具有動作啟動周期長的弊端，普遍來說，需要延緩幾秒鐘，才會執(zhí)行相應(yīng)動作。因此，無功輸出檢測方法多被用于后備方法。系統(tǒng)故障等級檢測法的主要應(yīng)用是在電壓歸零時開啟晶閘管，并結(jié)合并聯(lián)電感對電流進(jìn)行測量，通過檢測系統(tǒng)阻抗，明確故障等級。應(yīng)用這種方法檢測孤島現(xiàn)象，會造成一定的信號擾動，進(jìn)行導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運行。

三、分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢

分布式電源實現(xiàn)大量并網(wǎng)，給電力系統(tǒng)帶來的巨大的沖擊，其中最為顯著的便是給保護(hù)系統(tǒng)帶來的不良影響，現(xiàn)階段，此方面的影響雖然受到了相關(guān)人員的重點研究，但并沒有實現(xiàn)全面解決。要想對電網(wǎng)以及分布式發(fā)電系統(tǒng)二者之間的關(guān)系進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)處理，促使分布式發(fā)電技術(shù)所具備的能效得以全面實現(xiàn)，不僅要在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，及時斷離分布式發(fā)電系統(tǒng)，還要有效降低系統(tǒng)故障給分布式發(fā)電系統(tǒng)帶來的不良影響。

因此，分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展趨勢可以劃分為六點：一是，基于良好客觀環(huán)境的支持，調(diào)整電網(wǎng)所有的電路保護(hù)，從而有效減小分布式發(fā)電系統(tǒng)并入給系統(tǒng)保護(hù)帶來的不良影響；二是，將故障限流器最為重點研究對象，尤其要加大對世界范圍內(nèi)先進(jìn)故障限流器的科研力度；三是，改善分布式發(fā)電系統(tǒng)的斷離措施，確保在故障發(fā)生時，分布式發(fā)電系統(tǒng)可以迅速且有效的與電網(wǎng)實現(xiàn)斷離；四是，對電網(wǎng)、分布式發(fā)電二者之間的關(guān)系進(jìn)行深入研究，并結(jié)合分布式發(fā)電特點，設(shè)定具有針對性的以及可行性的保護(hù)方案；五是，基于相關(guān)理論的指導(dǎo)，以全方面、多方位的視角研討孤島效應(yīng)，從而對孤島保護(hù)方案進(jìn)行有效改善，促使其更具可靠性、實用性以及簡便性；六是，結(jié)合先進(jìn)的通訊技術(shù)，對廣域保護(hù)進(jìn)行深入研究，從而促使配電網(wǎng)的廣域保護(hù)全面覆蓋分布式發(fā)電系統(tǒng)。

結(jié)語：

本文對分布式發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)并網(wǎng)給電力系統(tǒng)帶來的影響進(jìn)行了闡述，并分析了現(xiàn)階段繼電保護(hù)技術(shù)的研究進(jìn)展，以期可以為分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)的完善工作提供有價值的建議。

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