淺談分布式電源對配電繼電保護的影響

季夏軼

摘 要：分布式電源的出現對我國電力產業的發展有著重要意義，但同時也給配電網的繼電保護系統帶來不利的影響。文章簡要說明了分布式電源的概念，分析了其的大量接入對配電網的影響，最后提出應對措施。

關鍵詞：分布式電源，配電繼電保護，影響

中圖分類號：TM715 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）29-0087-02

1 概 述

當下，由于電力需求不斷增大以及資源短缺所造成的雙重矛盾，致使分布式電源在我國發展速度較快，其的出現不僅提高了配電網的穩定性，而且還能夠在一定程度上減少電網損耗，并且相對于傳統的大功率發電機組而言，其具有環境影響小、可再生等優勢。但是各種分布式電源接入配電網后，會給配電網的運行帶來新的特征，系統的潮流方向也會發生相應的改變，從而制約著電網的正常運行，對原有的繼電保護裝置產生了不良的影響。因此，對含有分布式電源的配電網繼電保護方案進行改進迫在眉睫。

2 分布式電源的概念

分布式電源（Distributed Generation）簡稱DG，是指功率為數千瓦到數十兆瓦之間的，不直接和輸電系統相連的獨立電源系統。目前的分布式電源主要由風力發電、光伏發電、生物發電、燃料電池和燃氣輪機組成。分布式電源普遍具有減小線路損耗、緩解輸配電容量、改善電能質量、提高電力系統穩定性的重要作用。

3 分布式電源的接入對繼電保護的影響

配電網是接入用戶端的最末環節，以往的配電網主要涉及放射性、單電源等結構，相對而言，其結構簡單，便于維護。而分布式能源的接入，改變了其原先的結構，潮流方向也會發生變化，給傳統繼電保護配置帶來了許多新的可能和問題。

3.1 分布式電源接入前的配電網繼電保護配置

傳統配電網大多是單電源輻射型供電網絡，采用了一些原理簡單的保護，也不需要繼電保護配置，具備方向性，例如：過電流和過電壓保護、距離保護。其中，階段式電流保護最為常用。

當線路因故障導致跳閘后，配置三相一次重合閘，不分相跳閘。在故障后，確保及時重合，恢復供電。

3.2 分布式電源接入對配電網繼電保護配置的影響

如分布式電源接入之后，配電網就會形成多源供電的現象。如果母線的末端出現了問題，則會極易引起分布式電源和主電源出現故障。基于此，可將其表達式設為：

If=Is+Ig

其中，If表示已故障的電流；

Is用于表示主電源短路的電流；

Ig則是分布式電源短路電流。

由于分布式電源的存在，極易導致If增大，出于保護配電網的因素，繼電保護就會自動切斷故障線路，以確保配電網的安全。如果If急劇增大，則可能超過裝置所能夠承受的極限，這將會引發其他裝置在此情況下切斷線路，進而導致其他故障范圍增大。

此外，在母線中間的保護裝置出現了故障的情況下，雖然Is和Ig可能不會有非常明顯的變化，但是由于分布式電源電壓遠小于主電源，若為故障點提供電壓的時間較長，會導致線路電壓大大降低，從而引起配電網面臨著局部的崩潰。

因此，分布式電源接入以后，對電源保護的負面影響則會十分明顯，如果處置不當極易造成故障停電的面積不斷擴大或出現局部大面積電網崩潰等不利后果。

3.3 分布式電源對重合閘裝置的影響

為了預防電路瞬時性的故障，一般會在配電網內安裝重合閘裝置，這種裝置可以在電網發生故障時迅速起到重合的作用，用以確保電網在短時間內能夠恢復至正常運行的狀態。而在接入分布式電源后，多電源網絡使重合閘的難度變大，可能會導致重合不成功。

3.3.1 故障點拉弧

接入分布式電源后，如果線路出現了故障，保護動作只能夠將故障點與系統主電源隔離，而分布式電源依然能夠通過線路提供故障電流，則會生成持續電弧，甚至損害保護裝置絕緣層，擴大故障，將應該能夠短暫恢復的故障轉化成為永久性的故障。

3.3.2 非同期合閘

當出現饋線同時，在兩端為主電源與分布式電源雙端供電時出現了故障的情況下，為了徹底解決故障，則需要兩端的短路保護器在瞬間同時發生作用，才能夠達到徹底切斷電源的目的。所以，想要通過重合閘及時恢復供電，就必須處理好檢同期的問題。此時如果饋線的功角擺開較大，則會產生大電流沖擊現象，這不僅會在一瞬間內破壞配電網及其部件，甚至可能引發火災等安全事故的發生。

3.3.3 破壞重合閘與保護器之間的配合

分布式電源的接入，會影響重合閘與繼電保護裝置的配合關系。在出現故障時，因為分布式電源增大了短路電流，則會使重合閘位置的電力有所降低，從而導致瞬間內的熔斷絲搶先一步發生作用，進而破壞重合閘與保護器的正常配合。

4 減少分布式電源對配電繼電保護影響的措施

綜合前文對分布式電源接入配電網的影響，可以通過以下幾種措施進行改進：

4.1 加裝方向性元件

加入分布式電源后會影響故障點電流方向、大小和分布，導致繼電保護失去選擇性，可以通過在分布式電源上游兩側加裝方向性元件，在保護的對側加裝斷路器解決該問題。這樣，當某一線路兩端注入功率方向為一正一負時，就可以判定是否為本區域內的故障。

對于分布式電源的下游線路，則可以將分布式電源作為輔助電源，在保留原有的階段式電流保護基礎上進行重新整定，使得分布式電源供電與主電源供電保持一致，這能夠有效避免其它保護器的誤啟動。

4.2 加裝故障限流器

隨著電力電子科學技術的發展，如今的故障限流器已經可以達到在系統正常運行時表現為無電抗的程度。

即，當線路發生故障時，成為阻抗器進行限流，減少短路電流的作用。這可以有效防止分布式電流接入配電網時增大短路電流，引起誤啟動或者造成局部大面積故障停電的現象。

4.3 加裝低周低壓解列裝置

正常時，分布式電源與配電網并列運行，但當主電源因故障停電時，分布式電源則將承擔全部負荷。所以，如果分布式電源總容量小于負荷的總容量達到一定程度，分布式電源將不能保持額定轉速。這就是說，分布式電源側的周波將可能降低。嚴重時，甚至會使分布式電源趨于停轉的狀態，即系統周波崩潰。

此時應用低周減載裝置，可按預定方案切除相應的負荷，使系統內的發、用電處于基本平衡的狀態。在分布式電源側加裝低周低壓解列裝置可以降低非同期合閘和故障點拉弧給系統帶來的不利影響。此外，還可以通過適當延長重合閘動作發生的時間，使分布式電源在合閘前就能夠斷開與故障點的聯系。當線路重合時，系統側能夠起到檢線路無壓的作用，使得分布式電源側檢同期合閘成功。

4.4 系統分區

當電網中有大量分布式電源接入時，可以進行系統分區，通過斷路器連接各個區域，將在線感應故障、識別故障類型和故障區域以及向相應的斷路器發出跳閘信號的功能通過配電站處的繼電器來完成。

為保證非故障區域的正常運行，由斷路器來隔離故障區以及切出故障區的分散式電源系統。主繼電器則實現瞬時故障的重合閘。

4.5 建設含分布式電源配電自動化系統

加快含分布式電源配電自動化系統的建設進程，革新保護方案，通過配電自動化系統實時監控配網運行狀態，可以及時加以調整和優化，在其出現故障時，迅速地找到故障點，并快速進行隔離操作，從而能夠及時的恢復供電，達到減小故障損失的目的，并且還能通過合理的控制電壓水平和無功負荷，維護電網安全、高效、穩定運行，提高電能質量。

5 結 語

隨著如今對電力需求與日俱增的影響，以及國家對分布式電源發展的支持，構建含分布式電源的配電網已是必不可免的趨勢。雖然分布式電源優勢相對而言較大，發展前景也更為廣闊，但其對配電網繼電保護的不利影響也將越來越突出，因此行之有效的應對措施則成為了當務之急。電力科研人員應該加快在此方面的研究，減小分布式電源對配電網繼電保護的損害，以助力于分布式電源的發展。

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