探究分布式電源并網(wǎng)后繼電保護(hù)整定

朱士華，張 明

國網(wǎng)四平供電公司檢修分公司

探究分布式電源并網(wǎng)后繼電保護(hù)整定

朱士華，張 明

國網(wǎng)四平供電公司檢修分公司

分布式發(fā)電作為一種新興的發(fā)電技術(shù)，可以附近能源的可持續(xù)發(fā)展。隨著分布式電源的并網(wǎng)后，改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)產(chǎn)生影響，因此需要進(jìn)行分布式電源并網(wǎng)后的繼電保護(hù)整定。本文從分布式電源并入電網(wǎng)后產(chǎn)生的問題以及影響著手，分析了分布式電源容量及接入電壓等級(jí)的整定方案，保護(hù)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

分布式電網(wǎng)；并網(wǎng)；繼電保護(hù)

1 引言

我國一直以來使用的大機(jī)組、大電網(wǎng)以及高電壓為特征的集中式供電系統(tǒng)一方面無法滿足未來電網(wǎng)的需求，另一方面也有著成本高、運(yùn)行難度大、無法跟蹤重要符合供電、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。因此，將分布式發(fā)電系統(tǒng)并入大電網(wǎng)系統(tǒng)也是未來智能配電網(wǎng)的發(fā)展方向，可以為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供可靠可行的供電，有著巨大的市場(chǎng)價(jià)值。但是隨著大量的分布式電源引入配電網(wǎng)也帶來了一系列的問題，其中最為嚴(yán)重的問題就是對(duì)配電網(wǎng)傳統(tǒng)繼電保護(hù)帶來負(fù)面的影響。因此，要研究分布式電源并網(wǎng)后繼電保護(hù)整定方案具有一定的應(yīng)用前景與研究?jī)r(jià)值。

2 分布式電源的概念及分類

分布式電源（Distributed Generation，DG）指的是直接布置在配網(wǎng)或者分布在負(fù)荷附近的功率為數(shù)kW至50MW的小型規(guī)?；⑴c環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。其包括功率較小的內(nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、可再生能源等。其特征可以歸納為如下：

(1)容量小。具體指即插即用、高效的分布式發(fā)電單元。

(2)本體控制弱。分布式電源可以看作是系統(tǒng)中的一個(gè)負(fù)載，因此本體控制與大機(jī)組相比相對(duì)較弱。

分布式電源靠近負(fù)荷中心建設(shè)的優(yōu)勢(shì)可以滿足電力增長(zhǎng)的需求，還可以作為備用電源為大面積癱瘓的系統(tǒng)進(jìn)行供電。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，分布式發(fā)電系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，在發(fā)展中存在的問題有：分布式電源的接入點(diǎn)一般定在配電系統(tǒng)當(dāng)中，接入方式和接入點(diǎn)的具體選擇需要進(jìn)一步的研究，由于電源接入會(huì)引發(fā)電能質(zhì)量問題，也需要進(jìn)行研究解決，需要提高分布式發(fā)電單元的效率和發(fā)展基于清潔能源或可再生能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)。

3 分布式電源對(duì)繼電保護(hù)的影響

(1)分布式電源接入容量對(duì)保護(hù)的影響

設(shè)基準(zhǔn)容量，基準(zhǔn)電壓，系統(tǒng)阻抗，每個(gè)線路的阻抗均為，并入電網(wǎng)的DG阻抗，DG容量分別是1MVA、2MVA、10MVA。根據(jù)整定要求，電流速斷的可靠系數(shù)，經(jīng)過計(jì)算得到的電流速斷定值。由圖1所示，當(dāng)k1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)和分布式發(fā)電機(jī)組同時(shí)會(huì)向故障點(diǎn)提供短路電流，根據(jù)不同的分布式發(fā)電機(jī)組容量可以得到k1點(diǎn)故障時(shí)的短路電流。在電壓等級(jí)相同的網(wǎng)絡(luò)中，分布式電源對(duì)故障點(diǎn)短路電流的貢獻(xiàn)度會(huì)隨著接入容量的增加而增加，若短路電流增加，靈敏度提高，線路的速斷保護(hù)范圍也會(huì)隨之?dāng)U大。

圖1中，曲線1是DG未并網(wǎng)時(shí)的短路電流，曲線2是DG對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的短路電流，曲線3是DG并網(wǎng)后的短路電流。由曲線圖可知，隨著接入容量的增加，提供的短路電流越大，對(duì)保護(hù)的影響也就越大，DG接入容量為10MVA時(shí)，短路電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電流速斷定值，此時(shí)在保護(hù)線路全長(zhǎng)的同時(shí)，也保護(hù)了下級(jí)設(shè)備。

圖1 三種情況下的短路電流曲線圖

(2)分布式電源接入電壓等級(jí)對(duì)保護(hù)的影響

若將上述的分布式電源接入到35kV的電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，根據(jù)整定要求，電流速斷的可靠系數(shù)，經(jīng)過計(jì)算得到的電流速斷定值。隨著電壓等級(jí)的升高，對(duì)電路保護(hù)的影響會(huì)隨著DG接入后對(duì)相鄰線路故障點(diǎn)短路電流貢獻(xiàn)率的減小而減小，盡管DG提供短路電流，但是造成的線路保護(hù)范圍不會(huì)增加到線路全長(zhǎng)，從而造成保護(hù)越級(jí)跳閘故障。因此，在分布式電源并入電網(wǎng)之后，應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)電路保護(hù)的影響，考慮不同電壓等級(jí)限定DG接入的容量，使相鄰的線路仍然能夠進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，減小對(duì)故障點(diǎn)短路電流的貢獻(xiàn)度。

4 分布式電源并網(wǎng)后繼電保護(hù)整定

根據(jù)上一章的分析，當(dāng)相鄰的線路發(fā)生故障時(shí)，容量不相同的分布式電源并入到電壓等級(jí)不同的電網(wǎng)時(shí)會(huì)對(duì)流過保護(hù)的短路電流產(chǎn)生影響，使保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。因此分布式電源并網(wǎng)后的繼電保護(hù)整定需要考慮到以上因素，具體方案如下：

(1)根據(jù)分布式電源的容量等相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到分布式電源的阻抗。

(2)依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)計(jì)算分布式電源并入電網(wǎng)后發(fā)生故障的線路末端的短路電流。

(3)根據(jù)整定原則，為保證上下級(jí)設(shè)備之間的可選擇性，電流速斷保護(hù)按照最大值來運(yùn)行，這樣可以躲過線路末端故障的最大短路電流整定，進(jìn)而可以減少保護(hù)范圍，無法保護(hù)線路全長(zhǎng)的同時(shí)也保證不會(huì)保護(hù)下級(jí)設(shè)備。

5 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)分布式電源并入電網(wǎng)以后，保護(hù)的整定應(yīng)當(dāng)考慮對(duì)故障點(diǎn)短路電流的貢獻(xiàn)度。本文提出的考慮分布式電源容量以及接入電壓等級(jí)的整定方案，可以有效的控制電流速斷的保護(hù)范圍，如此避免保護(hù)誤動(dòng)故障，保持電網(wǎng)的可靠安全運(yùn)行。

[1]梁有偉，胡志堅(jiān)，陳允平.分布式發(fā)電及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003,27(12):71-75,88.

[2]王敏，丁明.含分布式電源的配電系統(tǒng)規(guī)劃[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004,16(6):5-8.