分布式電源對(duì)配網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

劉錦文，孫 帆

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司盱眙縣供電分公司，江蘇 淮安 211700）

0 引 言

生態(tài)環(huán)境的不斷惡化和常規(guī)一次性能源的短缺，直接影響現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展，多次大停電事故也對(duì)傳統(tǒng)發(fā)電模式的安全性提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等可再生能源為代表的分布式發(fā)電技術(shù)開(kāi)始成為電力行業(yè)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)，分布式電源也開(kāi)始在配電網(wǎng)中得到應(yīng)用[1]。為確保能夠合理使用分布式電源，保證配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值可以得到充分發(fā)揮，需要對(duì)分布式電源的應(yīng)用及其應(yīng)用效果展開(kāi)研究。

1 分布式發(fā)電技術(shù)

分布式發(fā)電是未經(jīng)規(guī)劃或中央調(diào)度型電力產(chǎn)生模式，通過(guò)和配電網(wǎng)進(jìn)行連接的方式展開(kāi)應(yīng)用。現(xiàn)階段，分布式發(fā)電主要在非?？拷素?fù)載或低壓電網(wǎng)中接入小型發(fā)電設(shè)備的位置進(jìn)行使用，分布式發(fā)電技術(shù)集地?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)、太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)以及風(fēng)力發(fā)電等多項(xiàng)技術(shù)于一體，能有效利用太陽(yáng)能和風(fēng)能等多種能源，形成科學(xué)互補(bǔ)[2,3]。

在電力系統(tǒng)中，分布式電源承擔(dān)系統(tǒng)基本負(fù)荷。分布式發(fā)電技術(shù)包括儲(chǔ)能裝置、光微型渦輪發(fā)電機(jī)以及內(nèi)燃發(fā)電等，按照所使用一次性能源類(lèi)型，分為可再生能源發(fā)電、石燃料發(fā)電以及電化學(xué)裝置發(fā)電3 種類(lèi)型[4]。分布式發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用能夠?yàn)榭稍偕茉吹氖褂卯a(chǎn)生積極作用，更加有利于控制環(huán)境污染問(wèn)題，屬于清潔型發(fā)電模式，是社會(huì)今后重點(diǎn)關(guān)注的發(fā)電技術(shù)。

2 分布式發(fā)電的優(yōu)勢(shì)分析

分布式發(fā)電所具有的優(yōu)勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面。一是分布式發(fā)電系統(tǒng)能夠在電站中處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，用戶(hù)能夠根據(jù)自身需求進(jìn)行靈活控制，并不會(huì)造成大規(guī)模停電事故，實(shí)現(xiàn)有效提高系統(tǒng)運(yùn)行安全性和可靠性的目標(biāo)。二是分布性發(fā)電模式可以解決大電網(wǎng)安全運(yùn)行穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，能夠在意外災(zāi)害發(fā)生時(shí)保證電力系統(tǒng)可以處于持續(xù)性供電狀態(tài)，是集中式供電中的重要補(bǔ)充內(nèi)容。三是可以通過(guò)對(duì)區(qū)域電力性能和質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式，為中小城市和農(nóng)村等地區(qū)居民進(jìn)行供電，妥善解決環(huán)保問(wèn)題。四是整體輸配電的損耗量相對(duì)較低，甚至能夠通過(guò)合理處理達(dá)到損耗為零的狀態(tài)。不需要設(shè)置配電站，就可實(shí)現(xiàn)有效控制輸配電成本和附加成本的目標(biāo)；土建和安裝成本也相對(duì)較低，整體經(jīng)濟(jì)性?xún)r(jià)值較高。五是能夠滿(mǎn)足慶典、集會(huì)等特殊場(chǎng)合供電的需求，可以使用移動(dòng)分散式發(fā)電車(chē)進(jìn)行供電。六是調(diào)峰性能較為理想，整體操作相對(duì)較為簡(jiǎn)單，且因?yàn)閰⑴c運(yùn)行的系統(tǒng)相對(duì)較少，能夠達(dá)到快速啟停的效果，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行[5]。由于分布式發(fā)電能夠作為大電網(wǎng)以及遠(yuǎn)距離電網(wǎng)供電模式補(bǔ)充，其具有的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是不可估量的。將分布式電源接入配電網(wǎng)中是今后配電網(wǎng)發(fā)展的主要模式，值得進(jìn)行深度探討。

3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)要求分析

電力系統(tǒng)繼電保護(hù)需要保持相互協(xié)調(diào)和相互制約的狀態(tài)，確保電力系統(tǒng)能夠在不同環(huán)境下平穩(wěn)運(yùn)行，具體要求主要包括：一是選擇性，如果電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則需要及時(shí)剔除故障元件，保證停電范圍控制在最小范圍內(nèi)，避免造成大規(guī)模停電。保護(hù)裝置需要在發(fā)生動(dòng)作時(shí)有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，確保除故障部分外的其他部分能夠順利運(yùn)行，最大限度節(jié)省人力物力資源。二是快速性，保證用戶(hù)處于低壓狀態(tài)，時(shí)間能夠被控制在合理范圍內(nèi)，并嚴(yán)格控制故障部分的損壞程度，盡量減少受影響群體，快速完成故障排除工作，不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成不良影響。三是保護(hù)裝置需要具備一定的靈敏程度，能夠在受保護(hù)區(qū)域發(fā)生短路等故障時(shí)，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式和短路點(diǎn)形式等因素的干擾，靈活反應(yīng)，充分發(fā)揮保護(hù)裝置的保護(hù)功能。四是可靠性，在保護(hù)區(qū)發(fā)生故障時(shí)，需要按照相關(guān)規(guī)定要求，第一時(shí)間做出反應(yīng)，采取相應(yīng)保護(hù)措施，并且在保護(hù)期沒(méi)有發(fā)生故障的狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)誤判或者誤動(dòng)作等問(wèn)題，充分發(fā)揮保護(hù)裝置的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[6-8]。

4 分布式電源對(duì)于繼電保護(hù)所產(chǎn)生的影響探究

4.1 電流保護(hù)方面的影響

在配電網(wǎng)中接入分布式電流后，供電系統(tǒng)會(huì)由傳統(tǒng)單電源供電模式逐漸向多種電源供電模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，如果母線尾部存在一定問(wèn)題，則會(huì)造成分布式電源和原有配電網(wǎng)出現(xiàn)短路狀況，導(dǎo)致配電網(wǎng)無(wú)法正常運(yùn)行。為保證配電網(wǎng)的運(yùn)行安全性，繼電保護(hù)裝置會(huì)通過(guò)自動(dòng)斷電方法對(duì)故障電源進(jìn)行處理。由于原配電網(wǎng)中短路電流量較大，此時(shí)進(jìn)入電網(wǎng)容易造成設(shè)備損壞問(wèn)題，而且系統(tǒng)電壓相對(duì)較低，在低電壓狀態(tài)下電機(jī)容易發(fā)生跳閘，其余運(yùn)行裝置也會(huì)受到不同程度的干擾。如果母線發(fā)生故障，原配電網(wǎng)和分布式電源并不會(huì)出現(xiàn)明顯特征，但分布式電源整體電壓相對(duì)較小，如果其處于長(zhǎng)期供電狀態(tài)，很容易造成線路電壓急劇下降，導(dǎo)致配電網(wǎng)供電系統(tǒng)發(fā)生部分坍塌問(wèn)題，甚至造成整體配電網(wǎng)喪失供電能力，無(wú)法安全、持續(xù)地供電。

4.2 繼電保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)

現(xiàn)有配電網(wǎng)的電力系統(tǒng)主要以單方向電流運(yùn)行模式為主，如果配電網(wǎng)出現(xiàn)異常狀況，產(chǎn)生的故障電流會(huì)影響配電網(wǎng)電源的正常工作。在接入分布式電源后，出現(xiàn)異常狀況會(huì)使線路中形成附加電流，不僅會(huì)對(duì)繼電保護(hù)裝置的判斷精準(zhǔn)度產(chǎn)生影響，還會(huì)導(dǎo)致其在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)誤動(dòng)或者拒動(dòng)狀況，對(duì)保護(hù)功能的發(fā)揮產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。研究發(fā)現(xiàn)，將分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)靈敏度和可靠性均會(huì)得到顯著提升，但需要對(duì)繼電保護(hù)方面的負(fù)面影響問(wèn)題進(jìn)行妥善解決。

4.3 保護(hù)選擇性發(fā)生改變

因?yàn)閭鹘y(tǒng)配電網(wǎng)的供電電源主要以單側(cè)電源為主，所以在增加繼電保護(hù)裝置時(shí)容易出現(xiàn)問(wèn)題。在配電網(wǎng)中接入分布式電源，會(huì)增加配電網(wǎng)中的電源數(shù)目，進(jìn)而影響到電力系統(tǒng)的運(yùn)行，還會(huì)使之后的繼電保護(hù)裝置無(wú)法有針對(duì)性地保護(hù)區(qū)域內(nèi)各項(xiàng)裝置，提高保護(hù)裝置發(fā)生誤動(dòng)的概率。

4.4 重合閘失敗

配電網(wǎng)構(gòu)造主要采用放射性模式，加之供電電源多為單側(cè)電源，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障且切除電源時(shí)，會(huì)發(fā)生三相一次重合閘實(shí)時(shí)閉合，此階段雖然不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的供電造成不良影響，可以保證供電穩(wěn)定性，但在接入分布式電源后，會(huì)因?yàn)楣╇婋娫粗饾u轉(zhuǎn)變?yōu)槎囗?xiàng)電源供電模式而出現(xiàn)重合閘無(wú)法合閘的情況[9]。該故障出現(xiàn)的原因主要分為2 種，第一種是在接入分布式電源后，繼電保護(hù)裝置能夠完成主電源隔離和故障點(diǎn)的自動(dòng)隔離處理，而分布式電源會(huì)處于持續(xù)性供電狀態(tài)，導(dǎo)致故障點(diǎn)出現(xiàn)拉弧現(xiàn)象；如果故障沒(méi)有得到妥善處理，則會(huì)直接增加故障影響程度，導(dǎo)致由小故障轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯怨收?，?duì)配電網(wǎng)的使用產(chǎn)生嚴(yán)重干擾；第二種是在接入分布式電源后，因?yàn)槔^電保護(hù)裝置無(wú)法對(duì)配電網(wǎng)和分布式電源形成有效阻隔，導(dǎo)致在故障發(fā)生時(shí)，分布式電源一直處于供電狀態(tài)，形成孤島現(xiàn)象，直接增加重合閘工作難度，導(dǎo)致其無(wú)法正常閉合，進(jìn)而引發(fā)一系列故障問(wèn)題。

5 分布式電源對(duì)繼電保護(hù)影響防范措施

為妥善解決分布式電源接入后對(duì)繼電保護(hù)裝置所產(chǎn)生的負(fù)面影響，需要對(duì)負(fù)面硬性進(jìn)行合理分析，結(jié)合分布式電源供電和繼電保護(hù)裝置運(yùn)行等各方面特點(diǎn)，制定相應(yīng)的防范策略，高質(zhì)量完成防范處理，確保繼電保護(hù)裝置能夠處于正常應(yīng)用狀態(tài)。首先，將分布式電源作為界限，對(duì)下游電路展開(kāi)方向性元件配置，保護(hù)對(duì)側(cè)安裝斷路器，根據(jù)部分線路功率注入反方向的具體狀況，及時(shí)判斷此處是否存在故障，以便后期的故障處理。還需要在每段線路中完成三段式電流保護(hù)的重新設(shè)置，確保下游線路充分發(fā)揮輔助電源功能。其次，做好故障限流器配置，使電力網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時(shí)的抗阻力為零，但在發(fā)生故障時(shí)，會(huì)因?yàn)殡娏W(wǎng)中電流的增加而導(dǎo)致抗阻急劇增大，所以通過(guò)設(shè)置故障限流器的方法，確保故障電流能夠得到有效管控，確保相關(guān)問(wèn)題能夠得到妥善解決。最后，需要做好其他保護(hù)設(shè)施設(shè)置。在接入分布式電源后，原有配電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置的部分保護(hù)功能會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，導(dǎo)致故障進(jìn)一步擴(kuò)大，所以需要做好其余保護(hù)裝置的設(shè)置，通過(guò)提前控制的方法，將分布式電源所帶來(lái)的影響控制在最小，確保電力系統(tǒng)供電安全性和穩(wěn)定性能夠達(dá)到預(yù)期要求[10]。

6 結(jié) 論

由于分布式電源應(yīng)用已經(jīng)成為今后配電系統(tǒng)運(yùn)行的主要趨勢(shì)，因此需要進(jìn)一步加大對(duì)分布式發(fā)電技術(shù)和分布式電源應(yīng)用相關(guān)影響的研究力度。應(yīng)明確配電網(wǎng)中繼電保護(hù)裝置的具體保護(hù)功能和分布電源接入后的變化情況，按照保護(hù)裝置的應(yīng)用要求，結(jié)合保護(hù)功能發(fā)生改變的具體內(nèi)容，制定針對(duì)性的優(yōu)化保護(hù)措施，合理使用各種保護(hù)裝置，確保在接入分布式電源后，電力系統(tǒng)仍然能夠處于較為安全且穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，妥善解決各種隱患問(wèn)題，進(jìn)而為配電網(wǎng)的運(yùn)行提供可靠保障，確保配電網(wǎng)能夠平穩(wěn)、安全地完成升級(jí)與發(fā)展任務(wù)。