分布式電源并網(wǎng)保護(hù)研究綜述

代仲

【摘要】：隨著國際社會對于能源短缺問題的日益關(guān)注以及人們對于環(huán)保事業(yè)的不斷重視，分布式電源（DistributedResources，DR）在世界各國的發(fā)展都十分迅速。分布式電源指的是直接布置在配電網(wǎng)或者分布在負(fù)荷附近的電源，其發(fā)電規(guī)模一般不大，包括分布式發(fā)電設(shè)備與儲能裝置。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)是一個功率單向流動的無源網(wǎng)絡(luò)，而大量DR的接入對傳統(tǒng)配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、運行規(guī)程、控制方式和保護(hù)配置等都提出了很大的挑戰(zhàn)。鑒于此，文章針對分布式電源并網(wǎng)保護(hù)進(jìn)行了分析，以供參考。

【關(guān)鍵詞】：分布式電源并網(wǎng)保護(hù)

1、導(dǎo)言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力供應(yīng)在日常生活中的重要性日益明顯。電力作為一種清潔的能源，不僅可以解決能源短缺問題，還可以幫助解決日益嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)問題，因此，人們對電力的需求也越來越大。經(jīng)過這些年的不斷發(fā)展，我國基本形成了規(guī)模巨大的集中式大電網(wǎng)，電力需求也在一定程度上得到了滿足。但是，大電網(wǎng)的缺點也是明顯的，那就是一旦發(fā)生故障，影響是巨大的，因此，需要尋求新的方式作為大電網(wǎng)的補充和改進(jìn)。

2、分布式電源的種類和特點

分布式電源是微電網(wǎng)中十分重要的一個組成部分，其自身的種類也非常多，根據(jù)不同的劃分方法可以將其劃分為不同的種類。根據(jù)能源的不同特性，可以將分布式電源劃分為間歇性電源、連續(xù)性電源和儲能裝置；根據(jù)能量的來源，可以將分布式電源劃分為水電、火電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等；根據(jù)具體的使用設(shè)備來劃分，則有水電機組、火電機組、風(fēng)電機組、光伏電池、燃料電池、蓄電池等。這些分類也不是單一的，比如間歇性電源就包括風(fēng)電和太陽能發(fā)電等，連續(xù)性電源就包括水電、火電以及燃料電池等，儲能裝置則包括蓄電池、超級電容器等。

分布式電源的種類雖然很多，但是一般都具有這樣的一些特點：與傳統(tǒng)電源相比，分布式電源的能量輸出有限，因此當(dāng)負(fù)荷發(fā)生突變時，其過載能力不足以滿足要求，所以通常需要設(shè)置一定容量的儲能設(shè)備，以保證微電網(wǎng)內(nèi)能量的平衡；分布式電源的輸出頻率一般各不相同，需要通過一定的整流設(shè)備將其頻率進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一后再接入母線；對間歇性分布式電源而言，由于存在不可控的外在條件，其輸出功率是不可持續(xù)的，因此需要在這些系統(tǒng)中安裝一定的儲能設(shè)備，作為后備電源；分布式電源的分布廣泛，使用起來方便靈活。

3、并網(wǎng)保護(hù)定義及功能分析

3.1并網(wǎng)保護(hù)的定義

本文將DR并網(wǎng)保護(hù)定義為：安裝于PCC處的繼電保護(hù)措施，能夠檢測到主電網(wǎng)側(cè)（系統(tǒng)側(cè)）和DR側(cè)發(fā)生的故障和其他各種異常情況，并及時將DR與主電網(wǎng)隔離，避免危及主電網(wǎng)的正常運行或者損壞DR裝置。并網(wǎng)保護(hù)包括防孤島保護(hù)、故障保護(hù)以及其他異常保護(hù)。

對于直接接入到110kV及以上輸電網(wǎng)絡(luò)中的DR，其并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線已配置了完善的保護(hù)系統(tǒng)，不需要專門的并網(wǎng)保護(hù)。因此上述并網(wǎng)保護(hù)主要針對接入35kV及以下電壓等級的分布式電源；并網(wǎng)保護(hù)既不同于DR的發(fā)電機保護(hù)，也不同于配電網(wǎng)饋線保護(hù)，本質(zhì)上是一種接口保護(hù)。上述幾類保護(hù)的關(guān)系可見圖1，其中包括斷路器A?D，并網(wǎng)保護(hù)安裝于PCC的電網(wǎng)側(cè)，一般在并網(wǎng)變壓器的高壓側(cè)。當(dāng)DR單獨接入系統(tǒng)時，并網(wǎng)保護(hù)功能可與DR的發(fā)電機保護(hù)功能集成在同一套保護(hù)裝置中，也稱為intertieprotection。隨著并網(wǎng)容量的增加，DR通常以集群或微電網(wǎng)的方式接入配電網(wǎng)，且常包含嵌入負(fù)荷，此時則要求在PCC處配置獨立的并網(wǎng)保護(hù)，稱為interconnectionprotection。這樣，電網(wǎng)公司可以無需關(guān)注DR自身的保護(hù)配置，只對并網(wǎng)保護(hù)提出要求，從而簡化保護(hù)配合，適應(yīng)今后大量DR在多種層級的接入要求；在標(biāo)準(zhǔn)IEEE1547中，從反映系統(tǒng)側(cè)故障、防孤島以及電能質(zhì)量等幾個方面，給出了并網(wǎng)保護(hù)的核心功能要求。顯然上述要求都是站在電網(wǎng)的角度考慮并網(wǎng)保護(hù)的功能。

3.2并網(wǎng)保護(hù)的功能

3.2.1防孤島保護(hù)

當(dāng)DR與公共電網(wǎng)失去電氣連接時，出于系統(tǒng)運行、人員設(shè)備安全以及電能質(zhì)量等考慮，目前世界各國的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都要求DR立即退出運行。導(dǎo)致孤島的原因有2類：一類因故障跳閘；另一類因非故障開關(guān)操作，包含人為誤操作。這里需要說明PCC處的防孤島保護(hù)與DR自身防孤島保護(hù)的關(guān)系。不同類型的DR，其防孤島保護(hù)的配置要求有所不同。對于變流器型DR，標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定其控制器中需具備孤島檢測能力；對于不具有自勵磁能力的感應(yīng)電機型DR，其不具備孤島運行能力；而同步電機型DR本身已配置有電壓/頻率保護(hù)，當(dāng)孤島內(nèi)有功、無功不能平衡時，機組會自動退出運行。因此同步電機和感應(yīng)電機型DR不要求設(shè)置防孤島保護(hù)

3.2.2故障保護(hù)

首先，DR的接入改變了配電網(wǎng)的短路電流幅值和分布特征。兩個典型的影響是，如果DR的PCC位于饋線保護(hù)與故障點之間，那么該DR的“屏蔽效應(yīng)”會使流過饋線保護(hù)的短路電流變小，從而可能導(dǎo)致饋線保護(hù)拒動；而如果DR的PCC位于非故障饋線，則可能導(dǎo)致該饋線保護(hù)誤動。為了減少對配電網(wǎng)保護(hù)的影響，要求并網(wǎng)保護(hù)在配電網(wǎng)發(fā)生故障時能夠快速動作以切除DR。其次，架空線路故障主要為瞬時性故障，提高重合閘的成功率能夠顯著提高供電可靠性。但是當(dāng)配電網(wǎng)故障時，DR的持續(xù)供電會使變電站或饋線重合閘的檢無壓重合失敗；即使?jié)M足檢無壓重合條件，DR持續(xù)提供的短路電流還會阻礙故障點滅弧而導(dǎo)致重合失敗，使瞬時故障變?yōu)橛谰霉收稀Ｋ?，并網(wǎng)保護(hù)必需在饋線重合閘動作之前及時退出DR，另外還可以采用兩種解決方法：一種方法是改進(jìn)并網(wǎng)保護(hù)原理，如綜合采用電壓、頻率等多種判據(jù)；另一種方法是改造配電網(wǎng)保護(hù)，如按雙側(cè)電源要求完善饋線保護(hù)配置，并對配電變電站或開關(guān)站的母線保護(hù)進(jìn)行校驗，若不滿足要求則配置快速母線保護(hù)。這樣配電網(wǎng)的故障可由饋線保護(hù)或母線保護(hù)快速切除，從而縮小并網(wǎng)保護(hù)所需反映的故障區(qū)域。

結(jié)論

綜上所述，為使大量DR能夠友好地接入配電網(wǎng)，IEEE、CIGRE等國際組織和歐美國家都在積極制訂并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。在PCC處配置并網(wǎng)保護(hù)是使DR滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的重要繼電保護(hù)措施。并網(wǎng)保護(hù)的功能主要包括故障保護(hù)、防孤島保護(hù)以及檢同期重合閘等。并網(wǎng)保護(hù)既不同于DR的發(fā)電機保護(hù)，也不同于配電網(wǎng)饋線保護(hù)，本質(zhì)上是一種接口保護(hù)。所以，并網(wǎng)保護(hù)不僅要考慮保護(hù)設(shè)備和人員安全，還要充分考慮與配電網(wǎng)保護(hù)、重合閘以及DR發(fā)電機保護(hù)的配合關(guān)系。而隨著DR大規(guī)模的接入，并網(wǎng)保護(hù)還需計及配電網(wǎng)擾動時DR對系統(tǒng)的支撐作用。

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