分布式電源接入對變電站繼電保護影響的相關問題研究

余雨成

（江門市大光明設計電力有限公司 廣東江門 529100）

分布式電源接入對變電站繼電保護影響的相關問題研究

余雨成

（江門市大光明設計電力有限公司 廣東江門 529100）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，其中電能發(fā)揮著關鍵的作用；電能具有生產(chǎn)、消費同時完成的特征，可通過電網(wǎng)輸送到各個區(qū)域，滿足人們的生產(chǎn)和生活需要。本文從分布式電源并網(wǎng)著手，闡釋了接入分布式電源后對變電站繼電保護的影響，為接入分布式電源后變電站的供電模式提供了借鑒經(jīng)驗。

分布式電源；變電站繼電保護；影響

電能在我國的現(xiàn)代化建設中發(fā)揮著日益重要的作用，隨著光伏、風能、潮汐等新能源產(chǎn)業(yè)的興起，采用分布式發(fā)電（DG，distributed generation）的方式有著眾多的優(yōu)勢，它和傳統(tǒng)的集中發(fā)電的方式相區(qū)別，分布式發(fā)電多采用接入中低壓配電網(wǎng)的方式，導致原有變電站高低壓側均存在電源，因此，本文主要關注分布式電源對變電站繼電保護的影響，以促進變電站的良好運行。

1 分布式電源的分類

分布式電源與傳統(tǒng)發(fā)電形式的區(qū)別是：它可采用能量密度較低的太陽能、風能進行發(fā)電，對應于小規(guī)模的發(fā)電，可就近接入附近配電網(wǎng)，具有一定的經(jīng)濟性、高效性和可靠性。根據(jù)分布式發(fā)電所采用的能源不同，可以將分布式發(fā)電技術分為四類：

1.1 往復式發(fā)電技術

往復式發(fā)電技術把化石燃料、沼氣等作為主要燃料，通過熱機做功發(fā)電，這種發(fā)電形式由來已久，除大型火力發(fā)電外，大多作為備用電源，通常在網(wǎng)電臨時中斷時對其進行利用。

1.2 燃料電池技術

燃料電池是把儲存的化學能以一定的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。其在正常運行中，不進行燃燒，不會產(chǎn)生劇烈的化學反應，其內(nèi)部的氫和氧在電解質(zhì)的作用下發(fā)生氧化還原反應，從而釋放能量。燃料電池是一種較為環(huán)保的發(fā)電技術，其產(chǎn)出的副產(chǎn)品只有少量的水等[1]。

1.3 太陽能發(fā)電技術

太陽能發(fā)電技術是將太陽能直接或間接轉(zhuǎn)換成電能，一類是太陽能光發(fā)電，另一類是太陽能熱發(fā)電。隨著光伏電池的發(fā)電效率提高，太陽能光發(fā)電的利用越來越廣泛，其技術也比較成熟?？梢灾苯訉崿F(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)化，不需要消耗任何燃料或工質(zhì)，便于布置在建筑物屋頂，安裝形式靈活，具有運行安全、無污染等優(yōu)點。

1.4 風力發(fā)電技術

風力發(fā)電技術主要是利用風能進行發(fā)電，由于各區(qū)域的壓強和溫差不同，空氣運動的速度也會有所不同，因此可以利用其差異來獲取風能，目前風能技術的發(fā)展速度很快，發(fā)展前景較好。

此外，目前還有一些已投入商用的分布式發(fā)電技術，比如潮汐發(fā)電技術、地熱發(fā)電技術等，它們也被陸續(xù)挖掘、改進以提高其商用價值，促進發(fā)電技術的更快發(fā)展。

2 線路故障時DG接入對系統(tǒng)重合閘的影響研究

目前分布式電源主要采用就近接入地區(qū)配電網(wǎng)的方式，一般配電網(wǎng)采用鏈式或環(huán)網(wǎng)結構，正常運行時由單側電源供電，分布式電源采用T接方式接入該配電網(wǎng)，本文對變電站繼電保護的影響主要針對分布式電源采用T接方式接入配電網(wǎng)后對原有系統(tǒng)的影響，如圖1。

圖1 分布式電源T接配電網(wǎng)絡圖

2.1 非系統(tǒng)電源側故障時對線路重合閘的影響

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，正常運行時一般采用單端供電，由于架空線路80～90%的故障都是瞬時性故障，待該類故障消失后，可采用自動重合閘的方式恢復配電網(wǎng)正常供電運行，提高系統(tǒng)可靠性。

而在變電站的中低壓配電網(wǎng)接入了分布式電源DG后。若在DG下游處發(fā)生瞬時性故障時，即在圖1的d2或d3處，此時分布式電源和總電源之間無需斷開連接，只需斷開#4或#7處開關即可切除故障，分布式電源與系統(tǒng)仍存在電氣聯(lián)系，對故障點而言仍可看作為單一方向的電源供電，所以此時在#4或#7處重合閘操作時，與配電網(wǎng)未接入分布式電源前的系統(tǒng)是一致的，不會發(fā)生重合閘不同步的現(xiàn)象，若可以及時排除故障d2或d3處，則可以恢復這個配電網(wǎng)的正常供電運行，系統(tǒng)可靠性與原來一致。

2.2 系統(tǒng)電源側故障時DG接入對系統(tǒng)進線重合閘的影響

如果在DG的上游處線路發(fā)生故障，如圖1的d1處，系統(tǒng)側#1開關跳開后，DG及其后側網(wǎng)絡可能會形成獨立運行的孤島，即DG繼續(xù)向整個配電網(wǎng)以及故障點d1提供電流，導致d1處的故障無法消除，系統(tǒng)側的重合閘操作將不成功，同時，配電網(wǎng)側的孤島難以與系統(tǒng)側保持同步，重合閘過程可能會產(chǎn)生了非同步的現(xiàn)象，導致形成過電壓、沖擊電流等，對配電網(wǎng)側及分布式電源造成破壞。

若在變電站的高壓側配電網(wǎng)接入了分布式電源，如圖2所示。

圖2 DG機組連接110kV母線接入變電站

當F1點發(fā)生故障時，則#1和#2開關可自動切斷線路（110kV線路采用差動保護時可跳開線路兩側開關），這會使系統(tǒng)電源和變電站解除并列關系。但此時DG機組還連接在變電站上，此時F1后側可能會形成獨立運行的孤島，所以位置#1的重合閘設備不能實現(xiàn)檢無壓重合，加上DG機組發(fā)電容量小于S的容量，DG機組可能不能滿足其下游的用電需求，此時孤島將會產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況，系統(tǒng)總電源和DG分布式電源的電壓差、相位差不能滿足同期合閘的標準，不能進行同期合閘[2]。

因此，對于系統(tǒng)電源側故障時，系統(tǒng)側開關采用自動重合閘功能能否起到預期作用，取決于DG能否及時退出運行、并避免形成孤島，如DG能在其前端線路故障后及時退出系統(tǒng)，則此時系統(tǒng)與未接入分布式電源前的系統(tǒng)是一致的。待系統(tǒng)恢復正常后DG再并入網(wǎng)絡，可恢復原有運行方式。

2.3 分布式電源防孤島保護

當電網(wǎng)線路因故障或停電維修時，分布式電源未能及時脫離公用網(wǎng)絡形成分布式電源與周邊負載組成一個自給供電的孤島。該孤島會危及維修人員的安全，且其提供的電壓和頻率不穩(wěn)定，當電網(wǎng)恢復供電時會產(chǎn)生相位不同而導致過電壓和沖擊電流等不利情況。因此，DG應具備防孤島功能，當其與主系統(tǒng)不能同步運行時，應及時退出DG或者斷開其并網(wǎng)點，可有效防止電網(wǎng)側重合閘失敗。但要注意其動作時間應與系統(tǒng)側重合閘時間整定相互配合。

目前防孤島保護的主要檢測方法有兩種：①被動檢測，通過檢測系統(tǒng)電氣量變化來確定是系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障；②主動檢測，通過注入信號的反饋來判斷電網(wǎng)的運行狀態(tài)。防孤島保護裝置應安裝在DG的入口處。

3 DG接入對變電站電流保護的影響

3.1 電源進線段故障時DG接入對變電站電流保護的影響

圖3 分布式電源DG的故障系統(tǒng)圖

如圖3所示，當DG機組與系統(tǒng)電源相連后，如果d處發(fā)生故障，DG機組和系統(tǒng)電源S同時為故障的線路提供電流，此電流為短路電流。當DG機組沒有接入系統(tǒng)電源時，只有S可以為故障線路輸送短路電流，而DG機組的接入就增加了短路電流的供給，故障點短路電流更大，DG機組等值電抗標幺值的計算公式如下：

XDG=Xd%/100×Sb/Sn

式中：XDG是DG機組等效電抗標幺數(shù)值；Xd%是機組電抗的百分值；Sb是三相功率的標準數(shù)值；Sn是發(fā)電機的額定數(shù)量值。因此，短路電流的增量不僅和和DG機組的等效電抗標幺數(shù)值有關，還和電源S的等效電抗標幺值的數(shù)值有關[3]。

3.2 DG接入對變電站原有繼電保護的影響

3.2.1 正向助增的影響

對圖2，當供電系統(tǒng)下游處發(fā)生故障，即F2點發(fā)生故障時，由于DG機組的接入增大了系統(tǒng)整體的容量，對該點處過流保護起到一定的效果，提高它的靈敏度和靈活性。但是，當DG機組的電流增量較大時，前一級電流保護范圍可能延伸至下一級，使原有保護失去選擇性，此時需要對全段線路的過電流保護進行重新整定計算，避開電流增量對它的沖擊，提高它的穩(wěn)定性。

3.2.2 反向助增的影響

可以把DG機組作為位置#7當做其防護的后盾，當F2或者F1產(chǎn)生故障時，DG機組在#7處的過流保護影響的程度由運行的時間來定，如果反向助增電流的時間較小，沒有超過過流保護的限制，則運行的時間可以延長，此時可以在#7處增加功率方向檢測裝置，使其正面功率的方向一致，這樣可以使保護7和保護5、6相輔相成，可以有效避免反向助增電流的副作用，增強下游過流保護的靈活性。

3.3 DG接入對變電站距離保護的影響

如果故障出現(xiàn)在系統(tǒng)電源進線處，則不會對變電站的距離保護產(chǎn)生重大的影響，如果故障發(fā)生在非系統(tǒng)電源進線處則要分三段來進行分析。在Ⅰ段的動作時間較短，距離保護同時對電壓和電流增量做出反應，因此Ⅰ段的保護基本上不受影響。Ⅱ段屬于限時過流保護，其較Ⅰ段的時間長，例如當F2點處發(fā)生故障時，則會增大Ⅰ處的阻抗，所以這就縮小了Ⅰ處和Ⅱ段的距離，降低其靈活性[4]。而距離保護Ⅲ段的時限較長，助增電流通過該段時電流的作用很弱，所以對距離保護Ⅲ段也并無太大影響。

4 結語

隨著光伏、風能等新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。分布式電源接入變電站將成為一個常見的現(xiàn)象。分布式發(fā)電靠近用電側，可與傳統(tǒng)的集中發(fā)電相輔相成，提高電網(wǎng)運行的可靠性，本文通過對分布式發(fā)電的類型的介紹，并以DG機組接入配電網(wǎng)為例，分析了分布式電源對變電站繼電保護的影響，以在以后工作中及時避免風險增大的接入方式，減少分布式電源接入后對原有保護的不利影響，促使變電站維持原有運行的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]潘亮.分布式電源接入對變電站繼電保護影響探究[J].科技與企業(yè)，2012，22：147.

[2]祁歡歡，荊平，戴朝波，趙波.分布式電源對配電網(wǎng)保護的影響及保護配置分析[J].智能電網(wǎng)，2015，01：8～16.

[3]季克朗.分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護影響的分析[J].硅谷，2014，22：51～52.

[4]張?zhí)m英.分布式電源接入配電網(wǎng)的繼電保護影響分析和解決方案[J].科技與企業(yè)，2015，22：255.

TM773

A

1004-7344（2016）18-0039-02

2016-6-1

余雨成（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事電氣二次設計工作。