分布式太陽能電源對配電網(wǎng)繼電保護影響及對策措施

侯小力+++張煜堃

【摘要】：分析了分布式電源接入后對配電網(wǎng)傳統(tǒng)繼電保護特性的影響，探討了分布式電源在不同位置接入時對配電網(wǎng)繼電保護可靠性和選擇性的影響。利用算例詳細(xì)分析不同接入位置分布式電源容量和短路電流之間的關(guān)系，從而推導(dǎo)出了保證配電網(wǎng)中繼電保護可靠性的分布式電源的準(zhǔn)入容量，結(jié)合目前已有的研究成果，提出了具有建設(shè)性的解決方案，為未來分布式電源在配電網(wǎng)中的大量接入提供了有益的參考。

【關(guān)鍵詞】：分布式電源；配電網(wǎng)；繼電保護

引言

在經(jīng)濟迅速發(fā)展的情況下，企業(yè)對能源的需求日益增加，就會出現(xiàn)地球上的不可再生能源的短缺，而且大量的煤炭會造成嚴(yán)重的空氣污染，影響到人類的生活。因此要實現(xiàn)低碳環(huán)保的電力開發(fā)，除了電力新能源應(yīng)用技術(shù)的提高還有電力節(jié)能技術(shù)的提高也是我們要考慮的問題。

1、分布式發(fā)電的定義

分布式發(fā)電簡稱DG，把成千上萬瓦的大功率進行分散化，分布在用戶周圍，形成單一卻又受控制的發(fā)電單位。分布式發(fā)電有風(fēng)力發(fā)電、小型燃?xì)廨啓C和生物質(zhì)能發(fā)電等。分布式電源能有效提高能源使用率，降低損耗。按能源類型分類，分布式電源可分為：化石能源分布式電源，主要有燃料電池及復(fù)式發(fā)動機等；可再生能源分布式電源，主要有太陽能發(fā)電機、水力發(fā)電機和風(fēng)力發(fā)電機等；電能儲存分布式電源等。

2、接入分布式太陽能光伏發(fā)電電源的影響

2.1未接入分布式太陽能電源時的配電網(wǎng)故障仿真

要有效了解這種發(fā)電方式，仿真模擬是最好的研究方式，因為不同情況下的分布式太陽能電源會對配電網(wǎng)的機電保護裝置產(chǎn)生不同的影響，所以通過選取某變電站作為實例，對其進行分析，以增加對分布式太陽能電源的認(rèn)識。根據(jù)該變電站的具體情況和系統(tǒng)參數(shù)，在簡化了10kV饋線后，使用EMTDC/PSCAD建立了配電網(wǎng)故障仿真模型，系統(tǒng)基準(zhǔn)容量設(shè)置為500MW，并將饋線保護分別安裝在圖1的A、B、C處。在該模型中，每段線路上所裝的保護分別為R1、R2、R3、R4，通過對其進行仿真操作，在不接入DG的情況下，也就是正常狀態(tài)下，R4處的電流為2.010kA，R1、R2和R3處的電流在0.610kA左右。但是如果在B、C、D和E等位置發(fā)生了三相短路故障，通過該系統(tǒng)對其進行仿真，可以得到如表1所示的數(shù)據(jù)。

2.2分布式電源對配電網(wǎng)繼電保護的影響

在輻射型配電網(wǎng)絡(luò)中，配電網(wǎng)繼電保護一般按單電源輻射型結(jié)構(gòu)設(shè)計和整定，由于只有一個電源向故障點提供短路電流，只需要跳開系統(tǒng)側(cè)斷路器即可清除故障，保護相對比較簡單，一般只配置速斷和過流保護。分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)絡(luò)變成多源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在故障發(fā)生時會引起短路電流大小和方向的改變，給繼電保護和安全自動裝置的正常運行帶來一系列問題，如原有繼電保護不做改動或調(diào)整，可能使保護出現(xiàn)誤動或拒動，直接影響配電網(wǎng)安全運行。

2.3對三段式電流保護的影響

傳統(tǒng)的三段式電流保護方法，原理簡單，方法可靠，能快速切斷一般情況的電力故障的，但電網(wǎng)的接線方式和運轉(zhuǎn)方式都會影響三段式電流的保護。接入分布式電源，重排電流順序，當(dāng)電流短路時，由于電流順序重排，故障位置的電流也受到變化。分布式電源的接入方式主要有電力中部接入和末端接入等[2]。分布式電源的接入位置不同，相應(yīng)的故障電流也會不同。第一：對于不同步的閉閘，接入分布式電源后，分布式電源運轉(zhuǎn)會加快或減慢，由于分布式電源與系統(tǒng)的電源不同步，會有所差距，當(dāng)差距到一定程度時，會產(chǎn)生強勁的沖擊電壓，沖擊分布式電源與配電網(wǎng)的電力系統(tǒng)；第二：會在故障位置出現(xiàn)重燃現(xiàn)象。配電網(wǎng)失去電力電壓時，分布式電源會供電給故障線路位置，而若在此時閉合閘刀，會直接導(dǎo)致故障位置出現(xiàn)電弧重燃現(xiàn)象，進一步惡化故障。所以，在接入分布式電源的時候，應(yīng)在配電網(wǎng)側(cè)面安裝低解壓力的裝置，進行無壓檢測，同時檢測分布式電源，確保準(zhǔn)確無誤，避免出現(xiàn)安全事故。

3、應(yīng)對措施

3.1未接入分布式太陽能電源時的配電網(wǎng)故障的措施

為解決上述存在的問題，設(shè)置的新型繼電保護裝置，具有高速通信功能，能夠極大地改善繼電保護的性能，使其作用得到充分發(fā)揮，不僅能夠及時準(zhǔn)確地切除故障，還可以縮短動作時間。經(jīng)過上述研究分析得出，在饋線上兩側(cè)安裝有方向元件的保護，能夠有效提高保護的選擇性和可靠性。

3.2變壓器繼電保護

變壓器繼電保護的質(zhì)量，關(guān)乎整個系統(tǒng)的用電穩(wěn)定和安全，因此，要做好變壓器的繼電保護，才能保證配電網(wǎng)的正常運行。對于系統(tǒng)的短路問題，變壓器的短路保護主要分為過電流和阻抗保護，過電流保護就是在變壓器中設(shè)置元件保護裝置，一旦變壓器運行發(fā)生故障就能夠自行切斷電源，及時跳閘；阻抗保護就是利用一定的變阻元件，在元件運行中發(fā)現(xiàn)問題后及時進行阻抗變化，從而保護變壓器。另外，變壓器的油箱也是極易發(fā)生故障的地方，一旦出現(xiàn)問題，就會釋放大量有害氣體，因此，可以借助瓦斯保護裝置，實現(xiàn)油箱的保護。

3.3生物質(zhì)能

生物質(zhì)能發(fā)電主要利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物、甚至城市垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化等方式發(fā)電，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。在生物質(zhì)能運用到電能中時，首先可以通過使用氣化裝置將生物質(zhì)能的原料轉(zhuǎn)化成氣體的形式。然后利用生物質(zhì)能的燃?xì)鈱⑵渥鰹槿剂希ㄟ^合理的燃燒手段將生物質(zhì)能的燃?xì)馊紵Ｐ枰褂酶茖W(xué)的手段，更合理地利用好生物質(zhì)能發(fā)電，為國家?guī)砝妗?/p>

結(jié)語

DG為電網(wǎng)引進了可持續(xù)發(fā)展的、潔凈的新能源，但同時給電網(wǎng)繼電保護運行帶來了很大的挑戰(zhàn)。如何有效地管理和控制DG，使其對電網(wǎng)穩(wěn)定運行的影響盡可能小，是未來分布式電源繼續(xù)發(fā)展的研究重點。本文首先分析了配電網(wǎng)接入DG后繼電保護特性的改變情況，并理論分析了不同接入容量和不同接入地點對繼電保護特性的不同影響，同時結(jié)合目前已有的研究成果討論了DG未來的研究方向，并給出了有益的建議。

【參考文獻】：

[1]柳春芳.主動配電網(wǎng)的一體化設(shè)計方法[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2015，43（11）：49-55.

[2]高洪雨，陳青，徐丙垠，等.一種饋線自動化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2016，44（10）：131-136.endprint