分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響及對(duì)策

新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 張衛(wèi)斌 李 靜

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，人們對(duì)電能的需求也在不斷增加，為了能夠滿足人們對(duì)電能的需求，各大企業(yè)以及政府等都加大了對(duì)電力系統(tǒng)的建設(shè)，而分布式電源是指分散于各個(gè)區(qū)域中的小規(guī)模發(fā)電機(jī)組或負(fù)荷，能夠與配電網(wǎng)相連，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、能源雙向流動(dòng)、可再生等特點(diǎn)。分布式電源接入配電網(wǎng)后，能夠在一定程度上提高電能質(zhì)量以及供電安全性，而且能夠減少對(duì)傳統(tǒng)電源的依賴程度。但是，隨著分布式電源接入配電網(wǎng)的數(shù)量逐漸增加，其接入方式也在不斷發(fā)生變化[1]。

1 配電網(wǎng)故障時(shí)保護(hù)配置及原則

配電網(wǎng)的短路故障一直是影響其正常運(yùn)行的主要原因，隨著分布式電源接入，配電網(wǎng)短路故障時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定程度的短路電流，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)繼電保護(hù)造成一定影響。因此，在分布式電源接入配電網(wǎng)過(guò)程中，需要對(duì)其繼電保護(hù)進(jìn)行合理配置，并加強(qiáng)原則的應(yīng)用。

一是提高選擇性。根據(jù)配電網(wǎng)故障發(fā)生原因可知，目前國(guó)內(nèi)多數(shù)用戶使用的都是三相四線制低壓配電系統(tǒng)，因此為了減少線路短路故障引起的電能損失，以及故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失等方面的影響，必須在配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)采用相應(yīng)保護(hù)裝置。當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，需要選擇可靠的接地保護(hù)裝置。若系統(tǒng)發(fā)生單相接地短路故障，則可選用零序電流保護(hù)；而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生相間短路故障時(shí)，需要選擇速斷電流保護(hù)；當(dāng)發(fā)生兩相短路故障時(shí)，可以選擇方向電流保護(hù)。同時(shí)，還需要在不同位置安裝相應(yīng)的保護(hù)裝置。

二是增加靈敏性。配電網(wǎng)線路出現(xiàn)短路問(wèn)題后，需要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。其中，電流保護(hù)、距離保護(hù)以及過(guò)流保護(hù)等是常用的三種方式。一般情況下，若配電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，則可選擇電流速斷保護(hù)；如果是相間故障則可以選用距離保護(hù)；如果是單相接地故障就需要采取方向電流保護(hù)，以及過(guò)流保護(hù)等方式進(jìn)行處理[2]。

2 分布式電源對(duì)保護(hù)系統(tǒng)影響的原因分析

在實(shí)際應(yīng)用中如果分布式電源接入配電網(wǎng)后，對(duì)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)產(chǎn)生影響，則需要對(duì)其原因進(jìn)行深入分析探究并采取相應(yīng)措施解決問(wèn)題。

2.1 提高保護(hù)裝置的性能

在分布式電源接入配電網(wǎng)后，為了保證其對(duì)保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響可以降低，需要提高保護(hù)裝置的性能，從而保證其能夠在不同情況下正常工作。具體來(lái)說(shuō)，在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)以下幾種方式來(lái)提高保護(hù)裝置的性能。

首先，適當(dāng)提高保護(hù)裝置的靈敏度。如果要將分布式電源接入到配電網(wǎng)中，會(huì)對(duì)現(xiàn)有的繼電保護(hù)系統(tǒng)造成影響，因此為了保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，需要在實(shí)際應(yīng)用中通過(guò)一定措施提高其靈敏度。但是如果靈敏度過(guò)高的話就會(huì)導(dǎo)致故障電流增大，所以在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的具體情況對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，從而保證保護(hù)裝置能夠在不同情況下正常工作。

其次，增加保護(hù)裝置的可靠性。如果要將分布式電源接入到配電網(wǎng)中就需要使其對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)造成影響，因此為了保證其能夠在不同情況下正常工作需要從以下方面進(jìn)行著手：一是需要對(duì)其自身的故障電流進(jìn)行正確計(jì)算；二是需要對(duì)保護(hù)裝置參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；三是需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇保護(hù)裝置。只有通過(guò)這些措施才能保證繼電保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)受到分布式電源接入配電網(wǎng)后的影響[3]。

2.2 保證保護(hù)系統(tǒng)的可靠性

在目前的配電網(wǎng)中，繼電保護(hù)裝置主要采用的是電流保護(hù)，這就使其容易出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)現(xiàn)象。因此，為了消除這種現(xiàn)象，需要加強(qiáng)對(duì)保護(hù)系統(tǒng)可靠性的研究工作。首先應(yīng)重視繼電保護(hù)裝置的安裝工作，同時(shí)還要對(duì)繼電保護(hù)裝置的可靠性進(jìn)行檢查。由于目前配電網(wǎng)中使用的保護(hù)裝置可靠性較差，所以在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)裝置可靠性的研究工作。另外，還需要重視對(duì)繼電保護(hù)裝置檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。在實(shí)際應(yīng)用中，可通過(guò)以下措施來(lái)保證繼電保護(hù)裝置的可靠性，具體措施見(jiàn)表1。

表1 保證繼電保護(hù)裝置的可靠性措施表

2.3 完善故障信息系統(tǒng)

在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該完善故障信息系統(tǒng)，使其能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地采集到配電網(wǎng)故障信息，從而為繼電保護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。目前，我國(guó)的配電網(wǎng)繼電保護(hù)還存在著一些問(wèn)題，其主要表現(xiàn)在：第一，繼電保護(hù)系統(tǒng)存在著不健全現(xiàn)象。這主要是由于我國(guó)在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行改造時(shí)對(duì)其保護(hù)的配置情況、繼電保護(hù)的相關(guān)原理，以及繼電保護(hù)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)等方面沒(méi)有明確的要求。并且在實(shí)際應(yīng)用中，由于缺乏繼電保護(hù)設(shè)備，使其無(wú)法適應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的需要。因此，在對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行改造時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的建設(shè)。

第二，在對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相關(guān)工作人員無(wú)法及時(shí)了解到系統(tǒng)運(yùn)行狀況、維護(hù)不到位等問(wèn)題。因此，要建立故障信息系統(tǒng)，使其能夠與繼電保護(hù)系統(tǒng)緊密結(jié)合到一起，進(jìn)而提高繼電保護(hù)設(shè)備的維護(hù)工作水平。

第三，繼電保護(hù)設(shè)備的選型沒(méi)有根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行選擇。對(duì)于這一問(wèn)題，需要從以下幾個(gè)方面入手：首先是對(duì)配電網(wǎng)中繼電保護(hù)的原理進(jìn)行詳細(xì)研究分析。在分析時(shí)可選取不同類(lèi)型、不同型號(hào)的繼電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)比較可以找到最適合于配電網(wǎng)運(yùn)行情況、應(yīng)用效果最佳的繼電保護(hù)設(shè)備。其次是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)選擇不同類(lèi)型、型號(hào)的繼電保護(hù)設(shè)備。最后是根據(jù)繼電保護(hù)設(shè)備使用需要來(lái)確定不同類(lèi)型、型號(hào)的繼電保護(hù)設(shè)備之間是否存在著兼容性問(wèn)題[4]。

3 分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的改進(jìn)措施

3.1 提升繼電保護(hù)靈敏度

為了保證配電網(wǎng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行，需要提高繼電保護(hù)靈敏度。在配電網(wǎng)繼電保護(hù)中，如果存在部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障問(wèn)題，在出現(xiàn)故障問(wèn)題后，如果保護(hù)裝置不能夠快速地對(duì)故障進(jìn)行處理，那么可能會(huì)影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要加大對(duì)繼電保護(hù)的重視程度。在保證整個(gè)電力系統(tǒng)安全性與可靠性的基礎(chǔ)上，采用分布式電源提高整個(gè)電力系統(tǒng)的靈敏度。需要將分布式電源與配電網(wǎng)繼電保護(hù)進(jìn)行合理配合，這樣可降低分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響。

通過(guò)對(duì)繼電保護(hù)靈敏度進(jìn)行全面檢測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障問(wèn)題，在對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理時(shí)，需要全面考慮整個(gè)電力系統(tǒng)。但是由于分布式電源接入配電網(wǎng)后，導(dǎo)致整個(gè)電力系統(tǒng)中存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障問(wèn)題，因此需要將一些節(jié)點(diǎn)與整個(gè)配電網(wǎng)繼電保護(hù)相配合，確保整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。如果在對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)存在部分節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障問(wèn)題，需要將相關(guān)故障點(diǎn)隔離出來(lái)，保證整個(gè)電力系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 優(yōu)化保護(hù)配置

針對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)存在的問(wèn)題，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化保護(hù)配置，包括以下三個(gè)方面（如圖1所示）。首先，對(duì)電流互感器配置方式進(jìn)行優(yōu)化。由于分布式電源的容量一般較大，因此配電網(wǎng)中需要配備大量的電流互感器，但是分布式電源接入到配電網(wǎng)后，將會(huì)對(duì)配電網(wǎng)中的電流互感器產(chǎn)生較大的影響。為了保證配電網(wǎng)中的電流互感器不會(huì)受到較大影響，需要將電流互感器配置為選擇性差動(dòng)保護(hù)裝置。

圖1 優(yōu)化保護(hù)配置方法

其次，對(duì)繼電保護(hù)整定方案進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)分布式電源接入配電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響，可將定值整定為過(guò)電流保護(hù)或者后備保護(hù)兩種方案。而過(guò)電流保護(hù)不會(huì)受到分布式電源容量的影響，所以可將其作為后備保護(hù)配置在配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置中。

最后，對(duì)主保護(hù)與后備保護(hù)配合原則進(jìn)行優(yōu)化。在對(duì)主、后備保護(hù)進(jìn)行配合時(shí)，需要確保兩種繼電保護(hù)裝置可以協(xié)調(diào)配合。如果兩種繼電保護(hù)裝置在配合中存在較大差異的話，則無(wú)法充分發(fā)揮其作用；如果兩種繼電保護(hù)裝置在配合中不存在差異的話，則可保證配電網(wǎng)在正常運(yùn)行狀態(tài)下達(dá)到自愈目的。例如，對(duì)于一些電壓等級(jí)較低的配電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)其自愈功能的話，則需要將主、后備保護(hù)裝置均設(shè)置為距離故障點(diǎn)較近的位置。

3.3 實(shí)施饋線自動(dòng)化

饋線自動(dòng)化是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)繼電保護(hù)功能的重要手段，是配電網(wǎng)繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。饋線自動(dòng)化的主要方式為：首先，系統(tǒng)會(huì)將負(fù)荷開(kāi)關(guān)與快速定位開(kāi)關(guān)安裝到主干線上。在主干線上設(shè)置有過(guò)流、零序電壓等保護(hù)裝置。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，這些保護(hù)裝置能夠及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行判斷，并且可將故障信息傳輸?shù)街鞲删€的各個(gè)開(kāi)關(guān)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障定位的目的。其次，饋線自動(dòng)化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的識(shí)別。在主站系統(tǒng)中，會(huì)根據(jù)線路的實(shí)際情況對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的控制。在此基礎(chǔ)上，主站能夠?qū)收衔恢靡约肮收项?lèi)型進(jìn)行識(shí)別與判斷。在發(fā)生故障后，工作人員能夠快速做出相應(yīng)的處理措施，從而提高配電網(wǎng)繼電保護(hù)功能的運(yùn)行效率。在此基礎(chǔ)上，工作人員能夠?qū)⒐收闲畔鬏數(shù)街髡局?，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的優(yōu)化配置。

在實(shí)施饋線自動(dòng)化中還會(huì)遇到一些問(wèn)題：首先，在實(shí)施饋線自動(dòng)化時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能完成自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)動(dòng)作等情況。此時(shí)，工作人員需要進(jìn)行手動(dòng)處理。其次，在實(shí)施饋線自動(dòng)化時(shí)，需要對(duì)斷路器進(jìn)行操作。如果斷路器出現(xiàn)問(wèn)題則會(huì)影響到整個(gè)配電網(wǎng)的運(yùn)行情況，所以需要選擇質(zhì)量好、性能可靠的斷路器用于配電系統(tǒng)中，提高配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的安全性與穩(wěn)定性，使其能夠滿足用戶對(duì)于電力系統(tǒng)的實(shí)際需求。最后，饋線自動(dòng)化存在一定的局限性，在饋線自動(dòng)化中，需要使用到相關(guān)的通信設(shè)備以及相關(guān)控制設(shè)備，并且還需要投入較高成本。

3.4 應(yīng)用新技術(shù)

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，需要將計(jì)算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)有效應(yīng)用于配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置中。其中，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)投切，并且可在一定程度上減少人為因素對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的影響。應(yīng)用信息技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過(guò)利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置與其他電力系統(tǒng)之間的信息共享，從而提高了配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的可靠性。

另外，將信息技術(shù)與人工智能技術(shù)進(jìn)行有效融合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在此基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的自動(dòng)化控制。通過(guò)應(yīng)用新技術(shù)，可提高配電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性，從而使整個(gè)電力系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。

分布式電源的接入，不僅能夠改善配電網(wǎng)供電質(zhì)量，還對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)產(chǎn)生了重要影響，針對(duì)這種情況，應(yīng)當(dāng)采取相應(yīng)措施，提高配電網(wǎng)的繼電保護(hù)性能。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)分布式電源的管理工作，明確其接入配電網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響；加強(qiáng)對(duì)分布式電源的研究，利用電力電子技術(shù)對(duì)分布式電源進(jìn)行控制和管理；實(shí)現(xiàn)分布式電源與配電網(wǎng)繼電保護(hù)之間的配合；將分布式電源接入位置與繼電保護(hù)進(jìn)行合理結(jié)合，提高配電網(wǎng)繼電保護(hù)的整體性能。