大規(guī)模分布式發(fā)電廠接入對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響

李陸伊

摘要：因?yàn)榉植际诫娫慈萘啃?、電壓低的特點(diǎn)，一般通過(guò)配電網(wǎng)中的變壓器直接與電力系統(tǒng)相連。分布式電源的并入使配電網(wǎng)從單電源輻射式的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p端或多端有源網(wǎng)絡(luò)。原原配電網(wǎng)保護(hù)和重合閘的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整和改變。否則，分布式電源不能及時(shí)準(zhǔn)確地排除電網(wǎng)故障，影響配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，損壞配電設(shè)備和電源。本文闡述了分布式發(fā)電的概念和特點(diǎn)，并重點(diǎn)分析了其對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的影響，希望可以為大規(guī)模分布式發(fā)電廠接入對(duì)配網(wǎng)提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：分布式;發(fā)電廠;配網(wǎng);保護(hù);影響

1課題研究的目的和意義

分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡(jiǎn)稱DG）是指不同于集中式發(fā)電，遠(yuǎn)距離傳輸和大型互聯(lián)網(wǎng)的傳統(tǒng)發(fā)電形式。它的功率在幾十千瓦到幾十兆瓦的范圍內(nèi)。它分布在負(fù)載周圍的清潔環(huán)保，經(jīng)濟(jì)高效，可靠的發(fā)電方式，可提供經(jīng)濟(jì)效益，如節(jié)約能源，切割高峰和低谷，延緩輸配電設(shè)備，減少線路損耗，提高電源的可靠性。

目前，我國(guó)中低壓配電網(wǎng)主要采用變壓器中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地，單側(cè)電源和輻射型供電形式，且區(qū)域間繼電保護(hù)和自動(dòng)化水平總體水平不高。在這種情況下，分布式電源的并網(wǎng)運(yùn)行將影響配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)中短路電流的大小，方向和分布，這將對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行和控制產(chǎn)生很大影響。

2分布式發(fā)電概述

分布式發(fā)電本身并不是我國(guó)早期的一種新型的小火電形式，在小型熱電工業(yè)中，用戶為了提高電力供應(yīng)的可靠性而安裝自己的電源都是分布式電源。然而，DG的學(xué)術(shù)定義仍然存在爭(zhēng)議。CIGRE委員會(huì)（CIGRE） DG的定義為：最大容量為50-100MW，通常與配電網(wǎng)絡(luò)耦合，并沒(méi)有統(tǒng)一調(diào)度和控制發(fā)電機(jī)。根據(jù)這一定義，包含數(shù)百個(gè)大型風(fēng)電場(chǎng)的接入傳輸系統(tǒng)并不是DG的一列。DG IEEE定義的小容量，系統(tǒng)可以在任何位置的電網(wǎng)發(fā)電機(jī)。許多定義DG，總體上基于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：容量和柵格電壓等級(jí)。DG的額定容量、IEEE EPRI CIGRE和其他國(guó)際組織撰寫(xiě)報(bào)告的描述，但沒(méi)有共識(shí)三個(gè)，所定義的IEEE DG能力范圍的不到10兆瓦，DG能力范圍定義為幾kW-50MW EPRI之間，DG能力范圍CIGRE 50 - 100MW。DG從電網(wǎng)電壓水平出發(fā)，在國(guó)際上，包括大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為DG與配電系統(tǒng)耦合，在負(fù)載附近安裝與發(fā)電機(jī)的傳輸系統(tǒng)耦合。

分布式發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)主接點(diǎn)，有很多優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的影響很大。首先，分布式電源對(duì)頭發(fā)的影響，傳輸系統(tǒng)是對(duì)新的集中式發(fā)電廠和輸電線路的需求將減少的距離;其次，對(duì)配電系統(tǒng)的影響將從根本上改變配電系統(tǒng)，即從原來(lái)的單端供電的徑向網(wǎng)絡(luò)成為多端口網(wǎng)絡(luò)，對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)和控制和管理將變得更加復(fù)雜;再一次，分布式電力系統(tǒng)，電力市場(chǎng)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和使用電力或限制在當(dāng)?shù)厥褂茫詫?shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、高效、可靠的發(fā)電是分布式發(fā)電的主要特點(diǎn)。由于負(fù)荷增長(zhǎng)或需要額外的電力系統(tǒng)設(shè)施，DG延遲，以減少或避免投資于輸配電網(wǎng)絡(luò);用戶可以提供部分負(fù)載，特別是在峰值負(fù)荷時(shí)，可以降低用戶的總電費(fèi)，并可為用戶提供應(yīng)急或備用電源，提高配電網(wǎng)穩(wěn)定性的可靠性和安全性。分布式發(fā)電可以有效地在負(fù)載區(qū)域配置，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高配電網(wǎng)絡(luò)的電壓和負(fù)荷功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的更新速度，提高電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。在宏觀層面上，利用分布式發(fā)電和分布式技術(shù)，利用豐富的清潔能源和可再生能源，圍繞可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

3 DG對(duì)配電系統(tǒng)保護(hù)的影響

分布式配電網(wǎng)絡(luò)接入后，對(duì)配電網(wǎng)的影響可能是正的，可能是負(fù)的，取決于分布式電源的運(yùn)行特性?；钴S的角色主要是靈活、可靠的，包括：增加可用容量的分布式電網(wǎng)，硅谷已經(jīng)轉(zhuǎn)變了剪報(bào)的角色;大量的分布式電源，減少了對(duì)新建大型電廠的持續(xù)需求，節(jié)省了建設(shè)電廠和輸配電設(shè)備的投資;分布式發(fā)電更接近負(fù)荷，減少電網(wǎng)輸電損耗;分布式發(fā)電可以用負(fù)載島來(lái)運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)失效時(shí)，分布式電源繼續(xù)部分負(fù)荷供電。這可以降低功率范圍，提高可靠性。

然而，也存在以下不利影響：分布式電源負(fù)荷預(yù)測(cè)電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運(yùn)行的不確定性較大，難以找到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)布局方案;分布式電源改變了配電網(wǎng)系統(tǒng)單向流動(dòng)特性的趨勢(shì)，使趨勢(shì)無(wú)法預(yù)測(cè)，也產(chǎn)生了一系列電能質(zhì)量問(wèn)題的可靠性，影響系統(tǒng)運(yùn)行;故障電流級(jí)分布式電源系統(tǒng)的變化、持續(xù)時(shí)間和方向、沖擊保護(hù)的可靠性和安全性;未計(jì)劃的孤島系統(tǒng)可能是，用戶設(shè)備，維修人員傷害。

3.1 DG對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)電流保護(hù)的影響

傳統(tǒng)配電網(wǎng)主要是單電源供電。徑向結(jié)構(gòu)，該配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資小，維修方便。DG接入配電網(wǎng)將改變電網(wǎng)原有結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)將對(duì)短路電流產(chǎn)生影響，其分布與保護(hù)之間。當(dāng)配電網(wǎng)接入較大容量或更小容量DG時(shí)，DG由于交通分流分支，故障電流通過(guò)保護(hù)裝置后可能會(huì)減少，從而減少了保護(hù)保護(hù)的范圍。

當(dāng)相鄰線路的DG反向電流由于沒(méi)有故障而導(dǎo)致跳閘時(shí)，DG對(duì)配電網(wǎng)的接入也可能是故障。行L2包含DG。如果線路L1故障，DG提供短路電流保護(hù)斷路器QF2故障電流通過(guò)總線檢測(cè)到故障點(diǎn)，如果超出保護(hù)設(shè)置，則動(dòng)作跳QF2，將導(dǎo)致電源線路L2中斷，如圖1所示。

圖1 DG對(duì)變電站電流保護(hù)的影響

DG可以在電網(wǎng)的短路電流水平上改善接入，但可能會(huì)減少前者的單個(gè)分支，而不是短路電流DG接入;DG的位置和容量對(duì)短路電流分布和大小的分布網(wǎng)絡(luò)有顯著的影響，DG的接入可能會(huì)引起饋線故障。

3.2 DG對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)重合閘的影響

80% -90%的配電網(wǎng)絡(luò)部分故障是暫時(shí)的。重新應(yīng)用程序提高系統(tǒng)的可靠性，減少維護(hù)工作量的網(wǎng)格具有非常重要的作用。當(dāng)在徑向分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，在瞬態(tài)故障線路中重新重合快速恢復(fù)電力，不會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)和損壞造成任何影響。接入DG的配電網(wǎng)，在故障后，DG仍可提供故障電流到故障點(diǎn)，當(dāng)重合時(shí)，由于電網(wǎng)的原因，可能導(dǎo)致故障電流跳變，導(dǎo)致重燃點(diǎn)失效，導(dǎo)致絕緣故障，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。DG接入也可能導(dǎo)致非關(guān)閉期。在配電網(wǎng)包括DG、DG和附近島嶼的電力負(fù)荷可能形成后，電力島很難與電網(wǎng)保持完全同步。在這段時(shí)間的電源供應(yīng)后，當(dāng)兩相的相角差可能出現(xiàn)在任何一個(gè)位置時(shí)，就會(huì)重新重合。

異步關(guān)閉將對(duì)電流和瞬態(tài)過(guò)電壓產(chǎn)生較大影響，DG單元和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有明顯的損傷。

在多階段配電線路中，一般只在饋線頭端安裝適當(dāng)?shù)闹睾涎b置，在饋線保護(hù)裝置上的任意點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，只要有選擇的瞬時(shí)動(dòng)作，線路就斷開(kāi)，然后通過(guò)重合來(lái)校正。如QF1， QF2在圖2所示。

圖2 DG對(duì)重合閘前加速的影響

4 結(jié)論

分布式發(fā)電作為未來(lái)電力系統(tǒng)中一種高效、清潔的發(fā)電方式將得到廣泛的應(yīng)用。然而，對(duì)大量分布式配電網(wǎng)絡(luò)的接入必然會(huì)深刻地影響流量分布網(wǎng)絡(luò)的大小和分布的短路電流的結(jié)構(gòu)和分布網(wǎng)絡(luò)，給配電網(wǎng)的保護(hù)帶來(lái)了廣泛的影響。為了提高配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性和電能質(zhì)量，分析分布式發(fā)電對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和行為的影響對(duì)分布式發(fā)電的推廣應(yīng)用具有一定的意義。

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