基于分布式電源接入對配網故障電流影響概述

張士杰

摘 要：微電網是將分布式電源、負荷、儲能裝置、控制系統，整合在一起，形成一種新型的供電系統。它的出現一方面解決了分布式電源就近接入配電網給電網帶來的沖擊性；另一方面也增加了系統電源的供電形式，增強了系統緊急情況下的供電可靠性。但是，伴隨著微電網的接入，給大電網在運行、系統的繼電保護等方面也造成很大的麻煩，如何消除這些不利因素，以實現對電網有效的控制，有必要展開相關的研究。

關鍵詞：微電網；故障；繼電保護

中圖分類號：TM77 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0167-02

引言

隨著電力需求的不斷增加，化石能源的消耗量越來越大，但是化石能源的儲量有限，而且不易形成，給現實需求提出了嚴重考驗采用分布式發電技術，有助于防范大面積停電事故，提高電網抵御自然災害的能力，對于電網和國家安全都有著重要的實際意義。分布式發電系統采用的是鄰近的能源，可以實現分區分片的靈活供電，不需要建設遠距離輸電設施，節省輸配電建設投資和運行費用，同時可減少線路損耗，能提高能源利用率。

1 分布式電源的并網方式

各類分布式發電電源所采用的能源不同，各類能源自身

的特點不一決定了其電源的輸出形式不同，實際使用中一般

將分布式電源按其并網模式分為三類。

1.1 直接并網

部分分布式電源發出工頻交流電，符合大電網中的電能質量要求，對于這類發電裝置通常使用直接并網方式并入電網使用。這類并網方式主要出現在籠型感應電機為主的風力發電機或者傳統的小功率的同步發電機。

1.2 逆變器并網

其余的大部分分布式電源由于其能源來源波動性大等特點，發出的電能并不是工頻交流電，需要先轉化為工頻交流電在并入電網。這些分布式電源通常采用電力電子裝置完成轉換過程，我們稱之為逆變型分布式電源。具體的逆變過程有兩種。

其一，直流型電源。有燃料電池、光伏電池、太陽能電池及儲能電容等，這些直流電源的共同點是將化學能、太陽能等能源轉化為直流電，然后經過逆變器裝置并入電網。

其二，交流-直流-交流型電源。這類電源主要有微型燃氣輪機、變頻風力發電機等，發出的交流電能不是頻率為50Hz的電能或者不能發出穩定頻率的電能。要使發出的電能能夠并入電網，需要先將發電機輸出的交流電經整流裝置變為直流電，再經逆變器裝置轉化為工頻交流電之后并入電網，以控制電源的輸出頻率保證電能質量提高供電可靠性。

2 微電網故障特性分析

微電源（或DG）一般通過電力電子設備接入大系統，為臨近負荷提供電能。正常狀況下時由PCC開關將微電網與系統相連工作在并網模式下；當系統出現故障后，通過PCC開關迅速隔離微電網與大電網。當故障切除后，微電網通過相關程序控制，然后平滑恢復到與大電網并網運行狀態。當分布式 接入配電網后，原有的單電源輻射狀網絡會轉變成一種多電源的網絡結構。微電源經逆變器等電力電子裝置并入配電網，傳統的配網中的各個保護設備之間依靠故障電流大小而僅有起來的動作時間配合關系也被破壞，繼電保護的動作特性能也會受到很大的影響。

3 分布式電源接入位置不同對配電網保護的影響

3.1分布式電源并入配電網的始端母線上

此時只是相當于增加了配電網中供電電源的容量，而對于網絡中的各條線路來說，并入分布式電源并沒有改變網絡中單電源輻射網絡的網絡架構。當此時網絡中出現故障時，會加強保護元件流過的故障電流值，卻不會影響各保護間的配合關系，所以說只要對各保護處的整定值重新進行校正即可，相對其他的各處保護的影響較小，可以不必要計較太多。整定數值重算，再輸入相關參數里面即完成了校核工作。

3.2 分布式電源并入配電網的中間母線上

如上圖所示，分布式電源并入網絡中的中間母線3上，下面對網絡線路上k1、k2、k3及相鄰線路上k4、k5處故障時系統中的故障電流值的變化情況進行分析并總結其規律行。

（1）k1處發生故障。如上圖所示，當故障點處于k1時，在PCC斷開前系統短路電流有電源和分布式電源同時向故障點供應，但保護裝置B2中則只會流過由系統電源提供的短路電流，測得的短路電流比實際的短路點處的短路電流要小，保護的靈敏度降低。此外當B2處的保護裝置動作后由于分布式電源仍會向故障點提供短路電流，可能會使B2處的瞬時性故障變為永久性故障。

（2）k2處發生故障。當并入分布式電源的母線上游線路上出現故障，此處會出現上述k1處故障時相同的故障特點。同時該處故障還有一個k1處故障時不具有的特性：當k2處故障是靈敏度過低，導致較長時間的延時，此時后備保護B2會越級動作，擴大事故范圍。

（3）k3處發生故障。如圖當k3處發生故障時，由于短路電流由系統電源和分布式電源一起向故障點供應，間接導致過電流水平增加，保護的靈敏度增大。但是當兩電源通過的短路電流過大是可能導致上一級線路L3上的保護B4也動作，會擴大事故范圍。

（4）k5處發生故障。k5處發生故障時，在PCC斷開前系統有電源和分布式電源同時向故障點供應短路電流，當故障電流過大時，保護的動作狀況類似于k3處故障時的越級動作狀況。

總結上面各類情況，一方面，可以看出并入分布式電源后會造成連有分布式電源的母線上游線路故障時靈敏度的降低，保護的延時，從而相關后備保護越級跳閘，擴大故障范圍。又一方面，由于分布式電源提供的短路電流，可能會使的連有分布式電源的母線與系統電源之間的線路上各保護發生誤動作，或者使相鄰饋線上的保護靈敏度過大，進一步導致了保護范圍故障范圍擴大，這些都是因為反方向故障電流的作用效果。

4 中性點不接地單相接地故障特征分析

我國的10kV配電系統大多數采用中性點不接地或經消弧線圈接地。在這種系統中，發生單相接地故障時，由于其中性點是沒有有效接地的，因此是沒有短路回路的，自然也就不存在短路電流。由于其不影響供電，故允許帶單相接地故障運行1～2h。但是這種情況下，系統健全相的對地電壓變為了系統沒有故障時相電壓的倍，所以會對線路和運行設備的絕緣造成很大的損害，為避免線路絕緣被擊穿造成更嚴重的故障，保證系統的安全運行，需要在發生故障后盡可能快地查出故障點并將故障線路或設備從系統切除。

5 結束語

微電網與大電網相結合的供電方式將是今后配電網發展的重要方向，未來的配電網將會是大量的微電網并入。完善保護和控制系統是今后微電網技術能夠 繼續有效的發展并廣泛的加以應用的重要保障，針對于微電網并網運行和孤島運行時的對傳統電流三段式保護的影響有著非常重要意義。

參考文獻：

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