含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案綜述

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 北京 102206)

含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案綜述

李幸芝

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院北京102206)

隨著環(huán)境問題和能源危機(jī)的日益突出，新能源及其控制技術(shù)的不斷發(fā)展完善，配電系統(tǒng)中分布式電源(Distributed Generation，DG)的容量不斷增加，配電網(wǎng)原有保護(hù)的動作特性發(fā)生了變化，原有的傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)很難繼續(xù)適用。為了提高電力系統(tǒng)的供電可靠性，必須對DG對原有保護(hù)的影響進(jìn)行研究分析，從而對含DG的配網(wǎng)保護(hù)改進(jìn)方案進(jìn)行了全面地綜述研究，對含DG的配網(wǎng)保護(hù)的研究有一定參考價值。

分布式電源；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)；故障特征

一、引言

分布式電源(distributed generation，DG)通常是指利用分散式可再生或環(huán)境友好型能源，裝機(jī)規(guī)模小，通過10(35)kV及以下電壓等級接入電網(wǎng)，具有調(diào)峰、再生能源的利用、節(jié)省投資、降低網(wǎng)損、提高供電可靠性等效益[1]。

當(dāng)分布式電源接入到配電網(wǎng)后，配電系統(tǒng)由原來的單電源放射狀網(wǎng)絡(luò)變成多電源供電的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，這使得其中的潮流分布及短路故障電流的大小、流向和分布均發(fā)生了根本性變化，這也將打破傳統(tǒng)配電系統(tǒng)中保護(hù)之間的配合關(guān)系，保護(hù)動作的可靠性受到嚴(yán)重影響[2]，因此，對含DG配電網(wǎng)的保護(hù)方案的研究已經(jīng)成為未來電網(wǎng)發(fā)展所迫切需要解決的難題之一。

二、分布式電源對傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)影響

基于中低壓配網(wǎng)單電源輻射供電的特點，配電網(wǎng)中主要采用三段式電流保護(hù)或者反時限過電流保護(hù)。DG的接入對系統(tǒng)的三段式電流保護(hù)、過電流保護(hù)、反時限過電流保護(hù)、距離保護(hù)、重合閘等原有保護(hù)造成了影響，同時可能造成不可控孤島運行情況，影響供電質(zhì)量和人員安全。

(一)對重合閘的影響

當(dāng)DG接入配網(wǎng)后，相應(yīng)的配電線路會變成雙側(cè)電源供電，重合閘的動作需要考慮到兩側(cè)保護(hù)的時間配合問題與兩側(cè)電源的同步問題[3]。

(二)潮流方向

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，單端輻射狀網(wǎng)絡(luò)，潮流方向固定，當(dāng)發(fā)生短路的時候，故障電流的方向也能確定。而當(dāng)DG接入配電網(wǎng)之后會改變配電網(wǎng)原先的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其對配網(wǎng)潮流方向的改變根據(jù)其運行方式的不同而不同。

(三)對短路電流的影響

在短路時短路電流值會受到影響，流過保護(hù)的短路電流值會發(fā)生變化，并且這種變化是不定向的，無法預(yù)測，隨著故障位置和DG的運行狀態(tài)不同，流經(jīng)保護(hù)處的故障電流值會增大或減小。

(四)孤島運行

配電網(wǎng)中的故障一般由距離故障地點最近的保護(hù)繼電器切除。如果故障發(fā)生在DG接入點上游，則DG會為已經(jīng)從配電網(wǎng)隔離的部分負(fù)荷提供電能，如果DG的容量不足以提供額外增加的負(fù)荷，就會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，最終導(dǎo)致停機(jī)。如果與主電網(wǎng)隔離的孤立系統(tǒng)，負(fù)荷用電全部由DG提供，則該種情況稱為孤島運行。

三、配電網(wǎng)保護(hù)改進(jìn)方案

隨著DG接入量持續(xù)增加，國內(nèi)外相繼提出了各種不同的解決方案，主要可以歸結(jié)為以下幾點。

(一)配網(wǎng)故障時及時切除DG

DG接入配電網(wǎng)對其繼電保護(hù)產(chǎn)生不同程度的影響，為了解決此類問題，當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障時，及時切除DG，即傳統(tǒng)的配電網(wǎng)不會受到任何影響。此方法對原保護(hù)來說，改動最小，成本最低，但仍有很多問題：故障發(fā)生時，DG單元需要檢測到故障后再退出。

(二)限制DG容量及接入位置

因不能保證在故障發(fā)生時及時將DG從配電網(wǎng)中切除，故文獻(xiàn)[4]中提出了通過限制DG的容量和改變接入配網(wǎng)的位置來減少對配網(wǎng)的影響；文獻(xiàn)[5]在保證繼電保護(hù)可靠動作的前提下，分析了DG接入數(shù)量、接入位置、組合方式以及線路參數(shù)等多個方面對其準(zhǔn)入容量的影響。

(三)改變配電網(wǎng)的保護(hù)配置

在原保護(hù)的基礎(chǔ)之上加裝方向判別元件，可將輸電線路中成熟的保護(hù)原理和方案應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，還能采取網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)，將DG的影響降到最低。

(四)引入故障限流器

其主要思想是在故障發(fā)生時引入FCL，將故障電流降至最小甚至消除，并且在配網(wǎng)正常運行時，F(xiàn)CL不會對配網(wǎng)產(chǎn)生任何不良影響。

四、結(jié)論

研究DG接入的配電網(wǎng)保護(hù)方案，是保障供電可靠性及安全穩(wěn)定運行水平的重要手段。本文在分析DG接入對原有保護(hù)影響的基礎(chǔ)上，對含DG的配網(wǎng)保護(hù)改進(jìn)方案做了綜合研究，主要包括：(1)限制及時切除DG、(2)限制DG容量及接入位置、(3)改變配電網(wǎng)的保護(hù)配置、(4)引入故障限流器。其中方案(1)從限制DG對配電網(wǎng)影響的角度出發(fā)，不改變原有保護(hù)，經(jīng)濟(jì)性好，但適應(yīng)性差，需要與其他方案相結(jié)合，從而提高DG的準(zhǔn)入容量；方案(2)如果不改變配電網(wǎng)的原有保護(hù)配置，則DG的準(zhǔn)入條件將會受到很大限制；方案(3)本質(zhì)上是用允許式方向縱聯(lián)保護(hù)的方案來代替了原有距離保護(hù)方案，使配網(wǎng)更可靠；方案(4)能夠減弱DG接入對原有配網(wǎng)保護(hù)的影響，減小對DG接入的限制，但該方法仍然存在問題，如故障時DG對系統(tǒng)穩(wěn)定支持不足。

綜合上述4種方案，具體設(shè)計時，需從配網(wǎng)DG情況等多方面進(jìn)行量化評估，同時采用相應(yīng)的優(yōu)化策略，在滿足繼電保護(hù)四性的基礎(chǔ)之上，研究出經(jīng)濟(jì)高效和更具擴(kuò)展性的方案。

[1]李瓊慧,黃碧斌,蔣莉萍.國內(nèi)外分布式電源定義及發(fā)展現(xiàn)況對比分析[J].中國能源,2012，34(8):31-34.

[2]孔祥平,張 哲,尹項根等.含逆變型分布式電源的電網(wǎng)故障電流特性與故障分析方法研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2013,33(34):65-74.

[3]尚瑨，邰能靈，劉琦，等.考慮分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)改進(jìn)方案研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40(24)：40-45.

[4]袁超，吳剛，曾祥君，等.分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(2)：99-105.

[5]王江海，邰能靈，宋凱，等.考慮繼電保護(hù)動作的分布式電源在配電網(wǎng)中的準(zhǔn)入容量研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，2010，30(22)：37-43.

李幸芝(1996-)，女，漢族，四川巴中人，本科，華北電力大學(xué)，電氣工程及其自動化。