淺談分布式電源對繼電保護的影響及對策

車鳴

摘 要：智能電網(wǎng)發(fā)展背景下，分布式電源獲得了蓬勃的發(fā)展，大量的分布式電源將接入配電系統(tǒng)，也給繼電保護帶來了一定的影響。文章簡述了分布式電源的概念，分析了分布式電源接入對繼電保護在靈敏性、選擇性和重合閘三方面的影響，并提出了有效的應對策略。

關(guān)鍵詞：分布式電源；繼電保護；影響；對策

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2013）21-0099-02

近年來，隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式電源因其具有清潔、低碳、高效、可持續(xù)等特征，獲得了日益廣泛的應用。各種分布式電源的接入，也給電網(wǎng)運行帶來了新的特征，系統(tǒng)的潮流方向發(fā)生改變，對原有的繼電保護配置也帶來了影響。

1 分布式電源簡介

分布式電源（Distributed Generation）簡稱DG，是指功率為數(shù)千瓦到50 MW之間的，不直接和輸電系統(tǒng)相連的獨立電源系統(tǒng)。分布式電源電壓等級在35 kV及以下，呈小型模塊化，主要包括太陽能發(fā)電、風能發(fā)電等可再生能源發(fā)電設(shè)備，以及電磁儲能、電化學儲能、飛輪儲能等儲能設(shè)備。

分布式能源接入電力系統(tǒng)后，具有調(diào)峰、可持續(xù)利用、降低電網(wǎng)投資、提升供電可靠性等優(yōu)點，通常以35 kV及以下的電壓等級接入配電網(wǎng)運行。

2 分布式電源接入對繼電保護的影響

配電網(wǎng)是接入用戶端的最末環(huán)節(jié)，與電力用戶的用電質(zhì)量和舒適度息息相關(guān)。由于電壓等級不高，分布式電源接入前，配電網(wǎng)的繼電保護相對簡單，而分布式能源的接入，使配電網(wǎng)潮流方向發(fā)生變化，給傳統(tǒng)的繼電保護配置帶來影響。

2.1 分布式電源接入前的配電網(wǎng)繼電保護配置

由于電壓等級不高，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)采用單端電源供電，呈放射性網(wǎng)絡(luò)供電。與之相適應，繼電保護的配置不具備方向性，主要為：過電流和過電壓保護、距離保護，其中尤以過電流保護最為常用。

按照常規(guī)配置，在配電網(wǎng)的10 kV饋線出口處均配置三段式的過電流保護，通過階段式電流保護在動作區(qū)、動作時限上相配合，實現(xiàn)對整條饋線的保護。配電網(wǎng)的10 kV饋線以終端線路為主，可以將保護簡化為電流速斷和過電流兩段，如果電網(wǎng)需要快速切除靠近饋線處的故障，可以增設(shè)反時限過電流保護。

線路因故障跳閘后，配置三相一次重合閘，不分相跳閘，在故障后，確保及時場合，恢復供電。

2.2 分布式電源接入對繼電保護配置的影響

分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響集中體現(xiàn)在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的改變、潮流流向的變化、故障電流的變化三個方面，影響的大小根據(jù)電源的位置和容量而異。分布式電源接入給繼電保護帶來的影響主要包括靈敏度改變、選擇性改變和重合閘不成功三個方面。

如圖1所示，為含有分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)圖，其中，Es為系統(tǒng)主電源，Zs為Es的等效阻抗，L1為配電網(wǎng)的一條出線，ZL為L1的線路全長阻抗，DG為接入配電網(wǎng)的分布式電源，通過一個雙圈接入L1線路，ZDG為其等效阻抗。

2.3 保護靈敏度改變

如圖1所示，以安裝在L1線路首端的保護1為例，在故障點F1處發(fā)生故障時：分布式電源DG接入之前，Es單側(cè)電源供電，故障電流僅由Es提供；分布式電源DG接入之后，DG也對故障點提供故障電流，但保護1所能感受的電流僅為Es提供，DG的助增作用導致了保護1靈敏度的降低，接入系統(tǒng)的DG容量越大，對保護靈敏度的影響越大，嚴重時，可能導致F1處故障時保護1動作緩慢甚至拒動。

上圖所示僅為分布式電源接入的一種情況，若分布式電源接入在保護前端，則保護能夠感受到的故障電流將增大，保護靈敏度變大，在故障時可能導致保護誤動作，同時，也會給上下級保護之間的配合帶來影響。

2.4 保護選擇性改變

根據(jù)上文所述，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)由于進行單側(cè)電源供電，所以保護配置均不帶方向。而分布式電源的接入，使得電網(wǎng)中故障時，存在兩個電源，可能導致保護失去選擇性，出現(xiàn)誤動作。

如圖1所示，在F3點發(fā)生故障時，分布式電源接入之前，僅由Es提供故障電流，而分布式電源接入后，也向F3提供故障電流，導致保護2感受到的故障電流Ik變大，可能導致保護2的電流速斷保護失去選擇性誤動作，將屬于下級線路的故障超范圍切除。

2.5 重合閘不成功

對于配電網(wǎng)而言，傳統(tǒng)的放射性網(wǎng)絡(luò)單側(cè)電源供電時，故障被切除后，三相一次重合閘可以有效重合，不會對系統(tǒng)產(chǎn)生太大的沖擊，保障了系統(tǒng)的可靠性。而分布式電源接入后，多電源網(wǎng)絡(luò)使重合閘的難度變大，可能重合不成功。

①DG孤島運行。有分布式電源接入的系統(tǒng)，當線路發(fā)生故障時，保護動作切除故障后，只將故障點與系統(tǒng)主電源隔離，而分布式電源仍然能通過線路供電，并未與配電網(wǎng)脫離。所以，此時將形成由分布式電源單獨供電的電力孤島，DG的孤島運行將給重合閘增加難度。

②非同期合閘。出現(xiàn)DG孤島運行后，由于系統(tǒng)主電源的脫離，分布式電源可能加速或減速，系統(tǒng)功率發(fā)生變化，分布式電源孤島運行時，與主電網(wǎng)可能出現(xiàn)一個相角差，與主電網(wǎng)失去同步，導致故障后系統(tǒng)三相一次重合閘時，兩側(cè)系統(tǒng)不同步，不滿足重合閘條件，進行非同期合閘，給系統(tǒng)帶來很大的沖擊，電流的波動還可能引起保護再次動作跳閘，導致重合閘不成功。

③故障點拉弧。如上文所述，有分布式電源接入的系統(tǒng)在故障時，保護動作只將故障點與系統(tǒng)主電源隔離，而分布式電源仍然能通過線路提供故障電流，導致故障點拉弧，長期不熄滅可能導致故障擴大，從瞬時性故障發(fā)展為永久性故障，導致系統(tǒng)重合到永久性故障而再次跳開。

3 分布式電源接入對繼電保護配置影響的對策

針對上文分析的分布式電源接入對繼電保護的影響，可從以下幾個方面采取相應對策：

①加裝故障限流器。故障限流器用來削弱分布式電源對繼電保護的影響，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型的電力電子型限流器可以實現(xiàn)在系統(tǒng)正常運行時表現(xiàn)為無電抗，在發(fā)生故障時，成為阻抗器來進行限流，有效防止繼電保護的誤動作。

②加裝方向元件。針對分布式電源接入后，可能出現(xiàn)了多電源供電導致繼電保護失去選擇性，對繼電保護加裝方向元件，來確保繼電保護的正確動作。

③加裝低周低壓解列裝置。為了降低非同期合閘和故障點拉弧給系統(tǒng)帶來的影響，可以在分布式電源側(cè)加裝低周低壓解列裝置，還可以通過適當延長重合閘動作時間，使分布式電源在合閘前，能夠斷開與故障點的聯(lián)系，當線路重合時，系統(tǒng)側(cè)能夠檢線路無壓，使得分布式電源側(cè)檢同期合閘成功。

4 結(jié) 語

分布式電源接入配電網(wǎng)后，對繼電保護的影響與該電源的類型、容量、接入位置都有關(guān)。分布式電源的容量越大，對繼電保護的影響越強，當分布式電源位于繼電保護前端時，電源的助增作用將導致保護范圍擴大，可能誤動作或越級跳閘；當分布式電源位于繼電保護后端時，電源的分流作用將導致保護范圍縮小，可能出現(xiàn)拒動。此外，分布式電源對保護的選擇性和重合閘都帶來了一定的影響，應采取有效的保護策略，保障繼電保護裝置動作的速動性、選擇性、靈敏性、可靠性。

參考文獻：

[1] 周衛(wèi)，張堯，夏成軍，等.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，（38）.

[2] 胡成志，盧繼平，胡利華，等.分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護影響的分析[J].重慶大學學報，2006，（29）.

[3] 馮希科，邰能靈，宋凱，等.DG容量對配電網(wǎng)電流保護的影響及對策研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，（38）.