分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響探究

李增慧

近年來(lái)，隨著電力科技不斷發(fā)展，分布式發(fā)電技術(shù)得到快速普及與廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的分布式發(fā)電系統(tǒng)連接到配電網(wǎng)中。雖然分布式光伏發(fā)電是一種可再生能源的有效利用方式，也是較靠近負(fù)載端且發(fā)電容量比較小的小型發(fā)電設(shè)備所組成的發(fā)電系統(tǒng)，且由于其分布在用電區(qū)域周圍，可以節(jié)省因電力遠(yuǎn)距離輸送造成的電力損耗，甚至可以實(shí)現(xiàn)部分分布式發(fā)電，但分布式發(fā)電連接到配電網(wǎng)中也對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)產(chǎn)生了一定的影響，例如在電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，分布式發(fā)電可能存在電流倒流、頻率變化和電壓不穩(wěn)定等問(wèn)題，容易對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)造成干擾，從而影響配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

一、分布式發(fā)電概況以及對(duì)繼電保護(hù)造成的影響

（一）分布式發(fā)電概況

分布式發(fā)電是相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式發(fā)電的另一種發(fā)電形式，分布式發(fā)電又稱為分散式發(fā)電、分散型發(fā)電、分散發(fā)電。分布式發(fā)電主要是分布在用電區(qū)附近，是用多種小型發(fā)電設(shè)備所組成的發(fā)電系統(tǒng)，或者連接電網(wǎng)的設(shè)備發(fā)電和儲(chǔ)能電力系統(tǒng)，用來(lái)滿足附近用電區(qū)用戶對(duì)電能的需求。而分布式發(fā)電雖然是獨(dú)立的發(fā)電系統(tǒng)，但仍然需要與電網(wǎng)系統(tǒng)的配電網(wǎng)連接，屬于電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，而大量的分布式發(fā)電與配電網(wǎng)連接，對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)也造成了一定的影響。

（二）分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)造成的影響

分布式發(fā)電之所以被廣泛應(yīng)用和普及，主要是因?yàn)榉植际桨l(fā)電的優(yōu)勢(shì)：分布式發(fā)電可以減少遠(yuǎn)距離輸電造成的電能損失；分布式發(fā)電可以為不便于電力遠(yuǎn)程輸送的山區(qū)就地發(fā)電，滿足區(qū)域用戶用電需求，供電更加靈活；分布式發(fā)電還可以利用風(fēng)能、太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，可以很好地利用可再生資源進(jìn)行發(fā)電，滿足環(huán)保需求；分布式發(fā)電還兼?zhèn)涔崴⒐┡约爸评涞榷喾N能源服務(wù)功能，供熱水和供暖可以利用發(fā)電產(chǎn)生的廢熱來(lái)實(shí)現(xiàn)，制冷供冷可以通過(guò)吸收式冷卻系統(tǒng)來(lái)供應(yīng)。但仍然不能忽略分布式發(fā)電與配電網(wǎng)連接后對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)造成的影響。分布式發(fā)電在實(shí)際應(yīng)用中，電力企業(yè)首先需要了解城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)域的整體電力需求和配電網(wǎng)規(guī)劃以及繼電保護(hù)裝置情況，其次，必須確保電力工程相關(guān)技術(shù)人員充分了解配電網(wǎng)的設(shè)計(jì)，特別是分布式發(fā)電系統(tǒng)的接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生的負(fù)面影響，并采取措施及時(shí)應(yīng)對(duì)，以保障配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因?yàn)榉植际桨l(fā)電系統(tǒng)的接入使得配電網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，例如分布式發(fā)電并入配電網(wǎng)后，會(huì)增加配電網(wǎng)的故障形態(tài)和故障點(diǎn)。以下為分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)造成的主要影響：

1.傳統(tǒng)的配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置難以滿足需求。傳統(tǒng)的配電繼電保護(hù)裝置是基于集中式發(fā)電的傳統(tǒng)電網(wǎng)上設(shè)計(jì)的，無(wú)法應(yīng)對(duì)分布式發(fā)電帶來(lái)的新的故障形態(tài)和故障點(diǎn)。

2.增加了配電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)的不確定性，在配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置設(shè)計(jì)時(shí)，并不確定附近是否需要增加分布式發(fā)電系統(tǒng)，所以并不能提前考慮分布式發(fā)電接入問(wèn)題，這會(huì)給配電網(wǎng)繼電保護(hù)系統(tǒng)帶來(lái)一定的不確定因素，給配電網(wǎng)的繼電保護(hù)帶來(lái)挑戰(zhàn)。

3.對(duì)配電網(wǎng)分支保護(hù)的影響。在做好配電網(wǎng)繼電保護(hù)工作的基礎(chǔ)上，使用熔斷器可以達(dá)到極高的保護(hù)效果，其在配電網(wǎng)負(fù)荷電流超過(guò)配電網(wǎng)額定值時(shí)形成足夠的火點(diǎn)和熔點(diǎn)。熔斷器一種常用的短路電流保護(hù)裝置，用于電路分離以避免電流，也用于配電網(wǎng)中的支路保護(hù)以控制支路標(biāo)準(zhǔn)值的電流。其主要工作原理是當(dāng)支路中初始選擇超過(guò)閾值的電流時(shí)，電流流過(guò)熔體，然后產(chǎn)生熱能使熔體熔化以確定損傷位置。這必須在配電網(wǎng)支路接通配電電流后完成，因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的配電電流和側(cè)電流同時(shí)向支路供電，電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。但是，由于熔斷器的選擇性熔化，會(huì)在上、下支路形成損傷點(diǎn)，對(duì)保險(xiǎn)絲的保護(hù)性能產(chǎn)生負(fù)面影響[1]。

對(duì)于電力企業(yè)和使用分布式發(fā)電用戶來(lái)說(shuō)，繼電保護(hù)是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的保障措施。在分布式發(fā)電中，繼電保護(hù)方案的選擇和設(shè)計(jì)需要充分考慮分布式發(fā)電的特點(diǎn)以及不同的發(fā)電類型、容量、位置等因素，以保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，如何在配電繼電保護(hù)方案中充分考慮和應(yīng)對(duì)分布式發(fā)電的影響成為亟須解決的問(wèn)題。

二、 配電網(wǎng)中繼電保護(hù)的基本原理以及與分布式發(fā)電連接的隱患

配電網(wǎng)繼電保護(hù)的基本原理是根據(jù)電氣原理和電子技術(shù)，利用傳感器感應(yīng)電氣信息，采集信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，判斷電氣設(shè)備的狀態(tài)是否正常，一旦電氣設(shè)備出現(xiàn)故障或相應(yīng)指標(biāo)超出規(guī)定范圍，繼電保護(hù)會(huì)立即切斷故障電路，保護(hù)電力設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而配電網(wǎng)中接入分布式發(fā)電，對(duì)于原有的繼電保護(hù)來(lái)說(shuō)，則會(huì)產(chǎn)生一系列隱患。

首先，分布式光伏發(fā)電使發(fā)電機(jī)組與配電網(wǎng)之間的能量傳輸難以掌握和控制，影響變電站繼電保護(hù)的協(xié)調(diào)。當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生停電事故時(shí)，如果不及時(shí)停電處理，可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)短路故障和設(shè)備損壞，造成重大事故；

其次，由于區(qū)域分散，分布式光伏發(fā)電與配電網(wǎng)的接地方式可能不同，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)接地電壓波動(dòng)。此時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕拥卮胧?，保證電路的安全運(yùn)行；

再次，分布式光伏發(fā)電是基于陽(yáng)光強(qiáng)度的變化，所以在特定時(shí)間里，供電可能會(huì)超過(guò)或低于預(yù)期。這可能導(dǎo)致電網(wǎng)過(guò)載、不穩(wěn)定和低電壓等問(wèn)題，因此，配電網(wǎng)繼電運(yùn)行過(guò)程時(shí)，需要考慮光伏發(fā)電設(shè)備的輸出功率與電網(wǎng)負(fù)荷之間的平衡；

最后，分布式光伏發(fā)電由于設(shè)備分散，會(huì)給升壓配電變壓器帶來(lái)額外負(fù)荷，影響變壓器保護(hù)措施。因此，有必要對(duì)變壓器的容量、負(fù)載、性能、配電情況進(jìn)行明確的維護(hù)，避免負(fù)荷過(guò)大導(dǎo)致變壓器故障[2]。

三、分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響因素分析

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)用電量需求也越來(lái)越大，分布式發(fā)電越來(lái)越受到人們的重視。分布式發(fā)電在配電網(wǎng)中具有無(wú)污染、可再生、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)配電網(wǎng)的重要發(fā)展方向之一。分布式發(fā)電會(huì)改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和繼電保護(hù)的范圍。利用分布式發(fā)電將電力輸送到用戶端，改變了原配電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，分布式發(fā)電還可能改變配電網(wǎng)繼電保護(hù)算法，導(dǎo)致繼電保護(hù)范圍對(duì)故障區(qū)域的覆蓋不準(zhǔn)確。分布式發(fā)電可能會(huì)造成輸電路徑故障，導(dǎo)致繼電保護(hù)失效；還可能會(huì)增加某些線路損耗和短路電流，從而造成繼電保護(hù)裝置失效。分布式發(fā)電的連接也會(huì)影響配電網(wǎng)的速度。分布式發(fā)電在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)改變線路的電壓等級(jí)和配電情況，使電流和電壓水平降低，導(dǎo)致線路出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法正確切斷故障區(qū)域。分布式發(fā)電還可能會(huì)改變系統(tǒng)中各部件之間的連接方式和配電網(wǎng)之間的關(guān)系，導(dǎo)致配電網(wǎng)系統(tǒng)中存在故障部件，并且無(wú)法判斷故障區(qū)域。因此，有必要在分布式發(fā)電運(yùn)行前對(duì)繼電保護(hù)裝置進(jìn)行配置和調(diào)試，以便為提高配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性奠定基礎(chǔ)[3]。分布式發(fā)電對(duì)繼電保護(hù)的影響因素有很多，以下是其中幾個(gè)主要的因素：

（一）發(fā)電設(shè)備類型及規(guī)模。不同類型和規(guī)模的分布式發(fā)電設(shè)備對(duì)電力系統(tǒng)的影響也不同。例如風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能光伏發(fā)電在電壓波動(dòng)、頻率偏差、短路等方面所產(chǎn)生的影響就不同；

（二）發(fā)電設(shè)備的接入方式。分布式發(fā)電設(shè)備可以采用并網(wǎng)接入方式或獨(dú)立運(yùn)行不接入方式。并網(wǎng)接入方式就要考慮接入后對(duì)繼電保護(hù)的影響。而獨(dú)立運(yùn)營(yíng)不接入方式則需要考慮系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行的問(wèn)題，所需的電力系統(tǒng)保護(hù)技術(shù)較為復(fù)雜；

（三）電力系統(tǒng)的容量。隨著分布式發(fā)電設(shè)備的接入，電力系統(tǒng)負(fù)載的變化會(huì)對(duì)系統(tǒng)的電氣環(huán)境產(chǎn)生影響，因此需要根據(jù)分布式發(fā)電的容量和分布情況來(lái)進(jìn)行電力系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)；

（四）電力市場(chǎng)政策。分布式發(fā)電涉及新能源利用和電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)等問(wèn)題，需要研究和實(shí)施相應(yīng)的政策措施，以保障分布式發(fā)電的良好發(fā)展和運(yùn)行。

四、繼電保護(hù)的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)分析

（一）優(yōu)勢(shì)

1.適應(yīng)性好。繼電保護(hù)在電力系統(tǒng)中的適用范圍很廣，可以對(duì)輸電、變電、配電等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行保護(hù)，可根據(jù)需求進(jìn)行選型和技術(shù)調(diào)整；

2.響應(yīng)速度快。繼電保護(hù)的響應(yīng)速度很快，基本可以在電氣故障出現(xiàn)的瞬間采取保護(hù)動(dòng)作，減少了電氣故障的損失。

（二）劣勢(shì)

1.技術(shù)更新?lián)Q代速度慢。傳統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)長(zhǎng)期占據(jù)主流地位，沒(méi)有及時(shí)更新?lián)Q代。由于新技術(shù)的出現(xiàn)和不斷發(fā)展，現(xiàn)有繼電保護(hù)技術(shù)難以滿足新型、高效、高速保護(hù)的需求；

2.技術(shù)提升的投入成本高。要將現(xiàn)有技術(shù)升級(jí)為新技術(shù)需要投入高額成本，這意味著需要對(duì)電力設(shè)施進(jìn)行全面改造或重新建造，成本高；

3.精度問(wèn)題。繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行和判斷依賴于其準(zhǔn)確度，一些操作如誤動(dòng)、虛動(dòng)等，會(huì)影響其穩(wěn)定性和精度；

4.高壓直流電網(wǎng)保護(hù)問(wèn)題。近年來(lái)，高壓直流電橋得到廣泛應(yīng)用，但它的保護(hù)問(wèn)題相對(duì)復(fù)雜，需要技術(shù)上的改進(jìn)與提升[4]。

五、改善分布式發(fā)電與配電網(wǎng)繼電保護(hù)協(xié)同運(yùn)行的策略

（一）加強(qiáng)配電網(wǎng)線路中繼電保護(hù)的設(shè)置

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、逆變器、匯流箱等相關(guān)并網(wǎng)配件組成。在實(shí)際操作中，光伏組件是重要的光電轉(zhuǎn)換器件。光伏組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電。匯流箱匯總所有光伏組件的電壓和電流，逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成與配電網(wǎng)相位和頻率相同的交流電，為并網(wǎng)提供基礎(chǔ)。隨著分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)使用范圍的不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)生的剩余電量除了供用戶自用外，還可以并入配電網(wǎng)使用和銷售。在將分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)進(jìn)行電力營(yíng)銷的過(guò)程中，采用了微電網(wǎng)的方式，不需要消耗能源和原材料。在實(shí)際選型過(guò)程中具有較強(qiáng)的靈活性，其發(fā)電過(guò)程相對(duì)安全穩(wěn)定，不污染環(huán)境。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的初始投資較大，運(yùn)行期間的成本也較高。因此，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍然需要持續(xù)的成本控制。為了避免分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)造成的潛在偏差和電壓波動(dòng)，可以通過(guò)調(diào)整線路繼電保護(hù)的設(shè)置來(lái)控制配電網(wǎng)的電壓和電流。為保證分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備之間的良好協(xié)同，最大限度地降低系統(tǒng)運(yùn)維成本，對(duì)線路保護(hù)整定調(diào)整的一些具體建議如下：首先，對(duì)于由光伏發(fā)電組成的微電網(wǎng)，增大微電網(wǎng)邊界電路短路電流斷路器的額定電流，保證故障發(fā)生時(shí)及時(shí)跳閘。同時(shí)，在運(yùn)行時(shí)將微電網(wǎng)與常規(guī)電網(wǎng)隔離，提高微電網(wǎng)的穩(wěn)定性；其次，針對(duì)單個(gè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的沖擊，調(diào)整負(fù)載側(cè)故障等電位保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間，提高故障診斷速度；再次，調(diào)整配電變壓器中性點(diǎn)位置，提高接地故障檢測(cè)的靈敏度；最后，配電網(wǎng)的繼電保護(hù)應(yīng)采用多級(jí)聯(lián)鎖邏輯，以確保在系統(tǒng)崩潰時(shí)能夠及時(shí)準(zhǔn)確地切斷故障系統(tǒng)的電源。增加故障事件的記錄和存儲(chǔ)，便于后續(xù)的調(diào)查和分析。

（二）加強(qiáng)技術(shù)、資金方面的政策支持

分布式發(fā)電和并網(wǎng)近年來(lái)取得了一定的發(fā)展成果。各地在享受發(fā)展成果的同時(shí)，也要了解相關(guān)行業(yè)的發(fā)展情況，合理出臺(tái)扶持政策，支持電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。技術(shù)應(yīng)用需要政府審批，政府應(yīng)全面優(yōu)化相關(guān)審批流程，加快分布式光伏電站等分布式發(fā)電建設(shè)。在政策實(shí)施和推進(jìn)層面，政府應(yīng)以當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平為參考，合理調(diào)整不同方向政策實(shí)施的優(yōu)先順序，為本地區(qū)各類發(fā)電項(xiàng)目的建設(shè)和發(fā)展提供保障。通過(guò)政策補(bǔ)貼吸引投資者的方式也屬于政府援助。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)項(xiàng)目建設(shè)涉及分布式光伏并網(wǎng)技術(shù)和系統(tǒng)的應(yīng)用，以及配電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備的更新?lián)Q代，會(huì)受到投資者預(yù)期投資回報(bào)水平和周邊能源應(yīng)用企業(yè)用電需求的影響。為進(jìn)一步提高分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)效率和繼電保護(hù)功能的穩(wěn)定性，政府可對(duì)發(fā)電價(jià)格提供相應(yīng)補(bǔ)貼，補(bǔ)貼金額可在綜合計(jì)算電力需求和建設(shè)成本的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算。政府在提供補(bǔ)貼的同時(shí)，需要對(duì)光伏發(fā)電建設(shè)的投資者給予相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。對(duì)于補(bǔ)貼申請(qǐng)、分配等工作，要設(shè)立監(jiān)督崗位，做好相應(yīng)的監(jiān)督工作。區(qū)域電力企業(yè)的發(fā)展轉(zhuǎn)型，以及電力產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，都與分布式光伏并網(wǎng)的發(fā)展密切相關(guān)。地方政府要積極解決相應(yīng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化發(fā)展提供支持。對(duì)于棄光限電地區(qū)，政府應(yīng)實(shí)施保障收購(gòu)政策，增強(qiáng)區(qū)域能源發(fā)展的穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生了顯著影響。它增加了配電網(wǎng)繼電保護(hù)的復(fù)雜性，改變了電流和電壓特性，影響了故障電流路徑，并對(duì)過(guò)電流保護(hù)的靈敏度和方向保護(hù)的可靠性產(chǎn)生了影響。為了有效應(yīng)對(duì)這些影響，需要采取相應(yīng)的繼電保護(hù)方案。智能保護(hù)和自適應(yīng)保護(hù)策略、基于通信和信息技術(shù)的保護(hù)方案以及繼電保護(hù)設(shè)備的協(xié)同工作是解決方案的重要組成部分。然而，我們?nèi)匀幻媾R一些挑戰(zhàn)，如增加通信和數(shù)據(jù)處理負(fù)荷、多個(gè)發(fā)電源之間的協(xié)調(diào)問(wèn)題以及改進(jìn)保護(hù)設(shè)備和算法的需求。未來(lái)的研究應(yīng)著重于解決這些挑戰(zhàn)，并進(jìn)一步優(yōu)化分布式發(fā)電系統(tǒng)的繼電保護(hù)方案，以確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。