分布式發電對配電網線路保護的影響

摘 要：為了分析分布式發電對配電網線路保護的影響，以某分布式電源接入配電網為模型進行研究。研究分布式電源在并入配電網不同饋線區域和不同線路段時，對配電網線路保護以及配電網中其他裝置的影響，觀察在分布式電源在不同位置進行接入時對配電網重合閘的影響，提出相應的保護措施，希望可以解決分布式電源在接入配電網線路時對線路保護造成的影響。

關鍵詞：分布式電源；配電網；線路保護；保護算法

目前我國配電系統主要以集中式供配電為主，如果配電網中的任何一處出現了故障，都會對整個配網造成影響，極易造成電力安全事故，而且集中式配電網不能有效的觀察各個電力區域發生的電網負荷變化，會造成電力分配的損失。分布式發電是一種新型的發電技術，包括水力發電、風力發電、光伏發電和燃料電池發電等等，分布式發電可以分散的布置在電力用戶周圍，并且并入到配電網中對用戶提供電能，促進了電力能源的利用，具有較高的經濟效益。但是分布式發電并入到配網線路中，會改變配電網原有的拓撲結構，對配電網的電能質量、線路保護等造成影響。針對分布式電源接入配網線路不同饋線位置對線路保護造成的影響進行分析，提出相應的配網線路保護措施，促進我國配電網的發展。

1 分布式發電的分類和優點

1.1 分布式發電的分類

分布式發電可以在電力用戶的附近建立起容量比較小的發電機組，對附近的電力負載進行供電。分布式發電與傳統的集中式發電有很大的不同，因為分布式發電使用的全部為可再生能源，降低了我國能源的消耗，對環境保護有著重要的作用，并且分布式發電的規模比較小，保證了距離電源中心較遠用戶的供電，提高了配電網供電的穩定性。分布式發電技術主要包括水力發電、風力發電、太陽能光伏發電、燃料電池發電和生物能發電等等，是一種對可再生能源進行利用的發電技術。

1.2 分布式發電的優點

分布式發電由于是在電力負荷的附近進行供電，所以減少了配網在電力傳輸過程中造成的電力損失，提高了配網供電效率。分布式發電與傳統電力系統相比有著以下優點：分布式發電運用的都是可再生能源，并且分布式電源全部建立在電力負荷附近，降低了能源消耗，滿足我國節能環保的要求；分布式發電并入到配電網中，可以對配網進行電力補充，即使配網出現故障，分布式電源也能對電力用戶進行不間斷供電，提高了供電可靠性；分布式電源的安裝比較簡便，運行方式也非常靈活，可以根據電力負荷隨時進行調節，具有良好的調峰性能；分布式發電系統裝機比較簡單，可以解決偏遠地區的供電問題，提高了配網供電的經濟性。

2 我國配電網現有的保護配置

我國的中低壓配電網大多是單側電源，輻射式配電，所以配電網中的電流方向以及功率全部是恒定的，配網線路的保護裝置也全部以單側電源為基礎。我國的配電網線路都配備有繼電保護裝置，可以保證配電網運行的穩定性，并且配電網中的保護裝置大多遵循三段式電流保護。三段式電流保護原是指可以根據電流的增加而自動啟動的保護裝置，三段式電流保護包括瞬時電流保護、定時限電流保護和定時過電流保護，并配備了自動重合閘裝置。

三段式電流保護中的瞬時電流保護和定時限電流保護是對配電網線路的主體保護，過電流保護為配電網線路的備用保護。例如在配電網因為線路故障出現電流激增時，瞬時電流保護就會啟動，對配電網的電流進行切斷，瞬時電流保護的保護范圍有限，不能對線路全長進行保護。定時限電流保護的保護范圍比瞬時電流保護大，基本可以保護整條線路，但是卻需要相應的動作時間。過電流保護是在線路發生故障時啟動的，并且可以對主線路的相鄰線路進行保護。

大多數配電網的線路故障均屬于瞬時故障，為了保證在瞬時故障時候能迅速地恢復供電，自動重合閘裝置一般都與瞬時保護裝置進行配合。在線路發生故障時，自動重合閘裝置會迅速切斷整條線路，并進行重新合閘，如果故障為瞬時故障，那么在重合閘之后整條線路就會恢復供電。所以自動重合閘裝置保證了配電網供電的穩定性，并且還可以對配網線路中的誤跳閘進行糾正。如果配電網線路出現永久性故障，自動重合閘裝置會進行重復斷開，避免故障范圍擴大對周邊線路造成影響。

3 分布式發電對配電網線路保護的影響

3.1 分布式電源接入對配電網一次重合閘的影響

分布式電源接入到配電網之后，配電網中的線路不再是原本的單側電源，但是自動重合閘裝置會增加供電穩定性，所以不會對裝置進行拆除，這就導致線路在出現故障時自動重合閘的相關功能會對整個配電網產生不利的影響。舉例分析分布式電源接入后對一次重合閘的影響（如圖1所示）。

（S為系統配電網；F為故障點；K為線路保護裝置；L為配電網線路）

圖1 接入分布式電源的配電網線路

對圖1進行分析，如果配網線路的故障出現在K1范圍內，該段范圍的一次重合閘裝置就會啟動將線路斷開，這時分布式電源就會形成電力孤島，導致配電網的電力同步出現問題，使一次重合閘喪失了瞬時故障恢復的能力，線路中也會出現沖擊環流，對分布式電源造成沖擊。

如果線路故障為永久故障，那么在自動重合閘裝置將線路斷開后，分布式電源繼續對配電網進行供電。在這種情況下重合閘裝置將線路重新連接時，線路電流就會過大，導致故障點出現強電流擊穿，使電力事故的范圍擴大。

為了解決上述問題，可以在分布式電源并入配網處安裝線路保護裝置，使線路發生故障時，保護裝置可以對分布式電源進行切斷。

3.2 分布式電源的接入對配電網線路三段式電流保護造成的影響

分布式電源在配電網中的并入位置不同，會導致配網的電流產生重新分布，并入位置的不同也會導致故障電流的大小和流量產生不同，所以要對分布式電源不同的并入位置進行分別闡述。

3.2.1 在配網線路的末端并入分布式電源對三段式電流保護造成的影響

在配網線路末端并入分布式電源后，在系統配電網和分布式電源之間就變成了雙電源供電，其他未并入的區域仍為單電源供電。在這種情況下如果臨近分布式電源的F1出現了故障，P3、P4線路保護裝置是不會發現該處線路故障的，P1、P2也會繼續接受到系統配電網傳輸的電量對配電網進行繼續供電，這種情況下P2不會受到分布式電源的影響，能夠可靠的對線路故障進行切除；如果故障點出現在F2點處，P1保護裝置不會受到分布式電源的影響，可以執行自動切斷，但是P2會接收到分布式電源的繼續供電，使該處形成電力孤島，對電力用戶的用電設備造成損害；如果線路故障出現在F3處時，短路電流是由系統供電網和分布式電源共同提供的，P3可以接受到系統配電網的供電并且不會接收到分布式電源的供電，可以可靠的對線路故障進行切除，但是P1和P2線路保護裝置會接收到分布式電源提供的電流，如果分布式電源的容量比較大，有可能造成P2線路保護裝置的誤切除；如果線路故障發生在F4處，最理想的切斷情況就是由P4進行單獨工作對故障點進行切除，但是如果分布式電源的容量過大的話，可能會出現P2的誤切除動作，也可能會出現P3對線路進行切除，影響了線路保護裝置的判斷性，所以在分布式電源在線路末端進行并入時，要合理的控制分布式電源的容量，保證線路保護裝置能夠合理的選擇切斷。（圖2）

圖2 在配網線路末端并入分布式電源

3.2.2 在配網線路的中間端并入分布式電源對三段式電流保護造成的影響

這種并入方式使整個配網線路中系統配網與分布式電源之間為雙電源供電，其余位置為單電源供電。當不同位置出現短路故障時，分布式電源對配電網線路的影響也是不同的。假入配網線路的故障出現在F1點，在這種情況下P3和P4線路保護裝置不會受到分布式電源的影響。P2會繼續執行切斷操作，但是P1會受到分布式電源的影響，導致保護裝置的靈敏度降低，不能及時發現線路中存在的故障。P1保護裝置的靈敏度會隨著分布式電源的容量而變化，分布式電源的容量越大，P1保護裝置的靈敏度也就越低；如果故障發生在F2處，會出現和上述情況相同的現象。因為P1保護裝置的電力主要由系統配電網進行提供，但是產生故障的電流比分布式電源并入之前小，所以P1不能有效的發現線路故障，所以不會進行保護，如果分布式電源的容量過大，還會造成P1保護裝置拒動的現象。當F3處發生故障時，P2和P3都會正常的運行，但是P1可能會感受到分布式電源提供的短路電流，造成P1保護裝置的錯誤切除，影響LD2線路的正常用電。當F4處發生故障時，會和上述情況相同，P1仍然會感受到分布式電源提供的短路電流，造成線路的錯誤切除。所以需要對分布式接入電源的容量進行控制，避免分布式電源容量過大，影響配電網線路保護裝置的正常運行，對整個配電網線路的三段式電流保護造成影響。（圖3）

圖3 在配網線路中間段并入分布式電源

4 對接入分布式電源的配電網線路保護改進措施

將原有的系統供電網和分布式電源接入點的線路改變成雙端供電結構，原本的三段式電流保護僅在線路側端安裝線路保護裝置，不具備方向性的保護功能，所以在保護過程中，容易出現分布式電源的反方向傳遞，對線路保護裝置造成擾動。針對這種現象，可以在線路保護裝置中加裝方向測定元件。分布式電源如果對短路位置提供電流可能會造成短路點的電弧過大，導致短路點的重合閘功能不能實現，導致配電網線路的永久性故障。所以對分布式電源的配網線路保護進行改進時需要在線路前半段設置斷路器，保證線路發生故障時，可以將故障從兩端切除掉。在對分布式配電網線路進行改進時，是將三段式電流保護更改為兩段式電流保護，并結合通信系統進行改進。在改進過程中需要將相鄰的兩個線路保護裝置構成一個完整的通信單元，并將所有的通信單元與保護裝置的通信通道相連。使線路保護裝置在閉鎖時，可以向通信模塊發出相應的閉鎖信號，通信模塊對閉鎖信號進行分析，確定正確的閉鎖位置，避免相鄰線路同時閉鎖的現象發生，有效的降低了線路保護裝置錯誤擾動的現象。

在對分布式配電網線路保護進行改進時，不論分布式電源安裝在整條線路的任何位置，都需要在分布式電源的前半段安裝繼電保護器，使線路保護裝置存在電流方向性的判斷。因為分布式電源的下半段為單電源結構，所以它的電流經過方式必然是單方向的，不需要加裝繼電保護器。同時也要保證下半段線路保護裝置與上半段保護裝置通信的及時，避免上級線路保護裝置出現錯誤保護。

5 結束語

通過對分布式發電分類和優點以及我國配電網現有的線路保護裝置進行闡述，分析分布式發電對配電網線路一次重合閘的影響，以及分布式電源對配電網三段保護電流造成的影響，簡單闡述配電網線路保護的改進措施，希望可以有效解決分布式發電給配電網線路保護造成的影響，推廣分布式發電的應用。

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作者簡介：劉芳（1979-），女，漢族，河北南宮人，工程師，從事電網工程設計工作。