含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護技術研究

黃偉潔

（汕頭供電局，廣東 汕頭 515000）

0 引 言

綜合現(xiàn)階段的社會發(fā)展狀況，能源短缺問題表現(xiàn)越來越突出，同時環(huán)境污染問題也愈演愈烈。在這樣的大背景下，強調風能、太陽能等清潔能源的利用具有突出的現(xiàn)實意義。目前，我國積極開發(fā)太陽能，并在西部地區(qū)建設了諸多大型光伏電站，這些電站的投產(chǎn)在能源供應方面表現(xiàn)出了突出價值。光伏電站及其他新能源電站主要采用的是分布式發(fā)電方式，這種方式能夠很好地對當?shù)氐膬?yōu)勢資源進行利用，而且具有較好的相對獨立性和靈活性，在規(guī)避大規(guī)模停電故障方面效果顯著[1]。分布式發(fā)電勢必要構建分布式電源，而分布式電源的利用會導致配電網(wǎng)的拓撲結構發(fā)生改變，基于配電網(wǎng)的拓撲結構對繼電保護技術的具體應用進行分析。

1 含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護技術應用需要考慮的問題

配電網(wǎng)繼電保護對配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有顯著影響，在實踐中必須要強調配電網(wǎng)的繼電保護。在含一般電源的配電網(wǎng)中，因為配電網(wǎng)的結構是固定的，所以繼電保護技術可以基于結構進行設計應用。在含有分布式電源的配電網(wǎng)中，因為具有固定性的配電網(wǎng)結構會發(fā)生顯著變化，此時利用原有的繼電保護技術難以實現(xiàn)對配電網(wǎng)的保護，所以在實踐中需要重新思考配電網(wǎng)的繼電保護技術應用。含一般電源的配電網(wǎng)如圖1所示，含有分布式電源的配電網(wǎng)如圖2所示。

圖1 含一般電源的配電網(wǎng)

圖2 含分布式電源的配電網(wǎng)

繼電保護技術的核心目標是保證配電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性，如果達不到預期的目標，那么繼電保護技術的具體應用便是無效的[2]?；诖?，必須要深入思考配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的具體條件，在明確具體條件的基礎上再對配電網(wǎng)繼電保護技術的現(xiàn)實應用進行優(yōu)化完善，從而提升其最終應用效果。配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行能夠有效減少不必要的成本投入，對于成本節(jié)約和經(jīng)濟性目標實現(xiàn)有積極作用。在含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護應用過程中，需要基于經(jīng)濟性角度對具體的技術應用方案進行思考[3]。此外，分析繼電保護技術的使用和目前配電網(wǎng)中的設備是否具有適應性，如果存在不適應性，需要進行相應的調整。技術的應用主體是工作人員，如果工作人員無法掌握或利用繼電保護技術，那么針對其的管理、監(jiān)測等均會存在漏洞，這對于技術應用安全保障是非常不利的[4]。

2 含分布式電源的繼電保護方案

當配電網(wǎng)中接入分布式電源后，傳統(tǒng)的三段式過流保護難以發(fā)揮其應有的效果，引發(fā)重合閘失敗等問題。為了有效解決上述問題，提出含分布式電源的繼電保護方案[5]。

2.1 縱聯(lián)保護

縱聯(lián)保護在應用過程中可以利用智能電子裝置有效檢測出配電網(wǎng)線路中存在的故障，將故障信息通過信號傳輸系統(tǒng)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)在接收到信息后會發(fā)送跳閘指令，以此來實現(xiàn)繼電保護。就集中式方向縱聯(lián)保護的具體應用來看，其能夠按照一定的順序排除配電網(wǎng)母線中的故障，在含分布式電源的配電網(wǎng)中能夠準確地實現(xiàn)繼電保護，不會引發(fā)誤動以及拒動等問題[6]。在含分布式電源的繼電保護工作開展中，會利用到故障定位算法和故障隔離算法。以故障隔離算法為例，基于分布式電源的具體要求，在配電網(wǎng)的特定節(jié)點設置智能電子裝置。為了對裝置發(fā)送的信號加以區(qū)分，可以對節(jié)點和節(jié)點路徑進行編號，同時進行矩陣計算[7]。

2.2 廣域保護

廣域保護方案涉及較多的技術，包括實時監(jiān)測技術、信息化分析技術等，這些技術的使用能夠幫助實現(xiàn)準確、快速、有效的繼電保護。廣域保護將含分布式電源的配電網(wǎng)作為一個整體提供保護，可以選擇多點繼電保護的方法，并在該方法的基礎上對相應的動作范圍進行劃分。目前，主要使用2種廣域保護方案。一種是對整個配電網(wǎng)進行監(jiān)視，在監(jiān)視過程中獲得配電網(wǎng)的整體數(shù)據(jù)，并基于數(shù)據(jù)進行控制和狀態(tài)檢測，從而實現(xiàn)對配電網(wǎng)的保護；另一種是基于廣域信息完成繼電保護動作。廣域保護方案在應用過程中不僅對數(shù)據(jù)庫有著較高的要求，而且對服務器也有著較高的要求[8]。

2.3 自適應保護

自適應保護方案的突出特點是能夠實時在線更新保護裝置的整定值，從而更好地適應配電網(wǎng)中系統(tǒng)運行方式的變化。在故障位置、系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變時，自適應保護方案可以及時做出調整。電流速斷保護中應用比較普遍的系統(tǒng)阻抗值和故障類型識別便是在自適應計算的基礎上實現(xiàn)自適應電流的三段式保護。分布式電源接入的配電網(wǎng)存在著短路電流特性，利用不同的函數(shù)方法進行輸出功率和支配電路電流之間的關系曲線擬合，這樣可以在不增加額外設備的情況下改善配電網(wǎng)保護性能。

在微網(wǎng)保護策略的制定和實施中應用自適應保護，可以在原有的保護配置基礎上進行智能電子設備或方向元件的加裝，具有一定的工程可操作性，能夠實現(xiàn)對含有分布式電源的配電網(wǎng)進行有效保護?，F(xiàn)有的保護方案在孤島運行狀態(tài)下存在著明顯的不適應情況，未來還需要考慮自適應保護方案與其他方案的聯(lián)合應用。

2.4 孤島檢測

對傳統(tǒng)的孤島檢測進行分析，主要包括遠程檢測和本地檢測。遠程檢測不會存在檢測盲區(qū)，同時也不會對電能的質量產(chǎn)生顯著影響，但是在具體使用過程中需要應用大量的通信設備，成本較高，而且不易工程實現(xiàn)。基于此，在國內外的檢測工作實施中，主要利用的方式為本地檢測。

本地檢測在應用過程中有主動和被動兩種方式，其中主動檢測是向含分布式電源的配電網(wǎng)進行擾動注入，通過對公共耦合點的系統(tǒng)響應檢測可以判斷系統(tǒng)是否處在孤島運行模式下。在主動檢測過程中，主要的實現(xiàn)方法為主動移頻式孤島檢測、阻抗測量法以及諧波電流擾動法。主動檢測能夠檢測到不在檢測區(qū)域內的較小孤島起始點，但在實際應用過程中會導致電能質量下降、檢測速度慢等問題。被動檢測通過對公共連接點（Point of Common Coupling，PCC）處的電壓、相位以及頻率等進行檢測來獲得孤島運行前后的參數(shù)變化，基于參數(shù)的變化狀態(tài)實現(xiàn)對電網(wǎng)運行情況的判斷。和主動檢測相比，被動檢測具有成本低、便于操作等優(yōu)勢，更容易實現(xiàn)，在使用過程中不會導致電能質量下降等問題。需要注意的是，被動檢測在應用過程中會存在檢測盲區(qū)，未來對于被動檢測的應用需要朝著消除檢測盲區(qū)這個方向發(fā)展。

3 結 論

綜上所述，通過與一般的配電網(wǎng)進行比較，含分布式電源的配電網(wǎng)拓撲結構發(fā)生了顯著變化，采用一般的繼電保護技術方案來對配電網(wǎng)進行保護難以達到預期的效果。結合含分布式電源的配電網(wǎng)實際情況來對繼電保護技術的具體應用進行分析和討論，通過對含有分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護方案進行改進和優(yōu)化，從而提升其實際應用效果。