含分布式電源的配電網保護方案綜述

(華北電力大學電氣與電子工程學院 北京 102206)

含分布式電源的配電網保護方案綜述

李幸芝

(華北電力大學電氣與電子工程學院北京102206)

隨著環境問題和能源危機的日益突出，新能源及其控制技術的不斷發展完善，配電系統中分布式電源(Distributed Generation，DG)的容量不斷增加，配電網原有保護的動作特性發生了變化，原有的傳統配電網保護很難繼續適用。為了提高電力系統的供電可靠性，必須對DG對原有保護的影響進行研究分析，從而對含DG的配網保護改進方案進行了全面地綜述研究，對含DG的配網保護的研究有一定參考價值。

分布式電源；配電網；繼電保護；故障特征

一、引言

分布式電源(distributed generation，DG)通常是指利用分散式可再生或環境友好型能源，裝機規模小，通過10(35)kV及以下電壓等級接入電網，具有調峰、再生能源的利用、節省投資、降低網損、提高供電可靠性等效益[1]。

當分布式電源接入到配電網后，配電系統由原來的單電源放射狀網絡變成多電源供電的復雜網絡，這使得其中的潮流分布及短路故障電流的大小、流向和分布均發生了根本性變化，這也將打破傳統配電系統中保護之間的配合關系，保護動作的可靠性受到嚴重影響[2]，因此，對含DG配電網的保護方案的研究已經成為未來電網發展所迫切需要解決的難題之一。

二、分布式電源對傳統配電網保護影響

基于中低壓配網單電源輻射供電的特點，配電網中主要采用三段式電流保護或者反時限過電流保護。DG的接入對系統的三段式電流保護、過電流保護、反時限過電流保護、距離保護、重合閘等原有保護造成了影響，同時可能造成不可控孤島運行情況，影響供電質量和人員安全。

(一)對重合閘的影響

當DG接入配網后，相應的配電線路會變成雙側電源供電，重合閘的動作需要考慮到兩側保護的時間配合問題與兩側電源的同步問題[3]。

(二)潮流方向

傳統配電網中，單端輻射狀網絡，潮流方向固定，當發生短路的時候，故障電流的方向也能確定。而當DG接入配電網之后會改變配電網原先的拓撲結構，其對配網潮流方向的改變根據其運行方式的不同而不同。

(三)對短路電流的影響

在短路時短路電流值會受到影響，流過保護的短路電流值會發生變化，并且這種變化是不定向的，無法預測，隨著故障位置和DG的運行狀態不同，流經保護處的故障電流值會增大或減小。

(四)孤島運行

配電網中的故障一般由距離故障地點最近的保護繼電器切除。如果故障發生在DG接入點上游，則DG會為已經從配電網隔離的部分負荷提供電能，如果DG的容量不足以提供額外增加的負荷，就會出現過載現象，最終導致停機。如果與主電網隔離的孤立系統，負荷用電全部由DG提供，則該種情況稱為孤島運行。

三、配電網保護改進方案

隨著DG接入量持續增加，國內外相繼提出了各種不同的解決方案，主要可以歸結為以下幾點。

(一)配網故障時及時切除DG

DG接入配電網對其繼電保護產生不同程度的影響，為了解決此類問題，當配網發生故障時，及時切除DG，即傳統的配電網不會受到任何影響。此方法對原保護來說，改動最小，成本最低，但仍有很多問題：故障發生時，DG單元需要檢測到故障后再退出。

(二)限制DG容量及接入位置

因不能保證在故障發生時及時將DG從配電網中切除，故文獻[4]中提出了通過限制DG的容量和改變接入配網的位置來減少對配網的影響；文獻[5]在保證繼電保護可靠動作的前提下，分析了DG接入數量、接入位置、組合方式以及線路參數等多個方面對其準入容量的影響。

(三)改變配電網的保護配置

在原保護的基礎之上加裝方向判別元件，可將輸電線路中成熟的保護原理和方案應用于配電系統中，還能采取網絡化數字保護，將DG的影響降到最低。

(四)引入故障限流器

其主要思想是在故障發生時引入FCL，將故障電流降至最小甚至消除，并且在配網正常運行時，FCL不會對配網產生任何不良影響。

四、結論

研究DG接入的配電網保護方案，是保障供電可靠性及安全穩定運行水平的重要手段。本文在分析DG接入對原有保護影響的基礎上，對含DG的配網保護改進方案做了綜合研究，主要包括：(1)限制及時切除DG、(2)限制DG容量及接入位置、(3)改變配電網的保護配置、(4)引入故障限流器。其中方案(1)從限制DG對配電網影響的角度出發，不改變原有保護，經濟性好，但適應性差，需要與其他方案相結合，從而提高DG的準入容量；方案(2)如果不改變配電網的原有保護配置，則DG的準入條件將會受到很大限制；方案(3)本質上是用允許式方向縱聯保護的方案來代替了原有距離保護方案，使配網更可靠；方案(4)能夠減弱DG接入對原有配網保護的影響，減小對DG接入的限制，但該方法仍然存在問題，如故障時DG對系統穩定支持不足。

綜合上述4種方案，具體設計時，需從配網DG情況等多方面進行量化評估，同時采用相應的優化策略，在滿足繼電保護四性的基礎之上，研究出經濟高效和更具擴展性的方案。

[1]李瓊慧,黃碧斌,蔣莉萍.國內外分布式電源定義及發展現況對比分析[J].中國能源,2012，34(8):31-34.

[2]孔祥平,張 哲,尹項根等.含逆變型分布式電源的電網故障電流特性與故障分析方法研究[J].中國電機工程學報,2013,33(34):65-74.

[3]尚瑨，邰能靈，劉琦，等.考慮分布式電源的配電網保護改進方案研究綜述[J].電力系統保護與控制，2012，40(24)：40-45.

[4]袁超，吳剛，曾祥君，等.分布式發電系統繼電保護技術[J].電力系統保護與控制，2009，37(2)：99-105.

[5]王江海，邰能靈，宋凱，等.考慮繼電保護動作的分布式電源在配電網中的準入容量研究[J].中國電機工程學報，2010，30(22)：37-43.

李幸芝(1996-)，女，漢族，四川巴中人，本科，華北電力大學，電氣工程及其自動化。