含分布式光伏電源的配電網(wǎng)繼電保護研究

朱青 劉景霞

摘 要：隨著全世界固有資源的日漸稀少，人類無可避免的將目光投到了可再生資源上面，因此，以分布式光伏電源為代表的可再生能源的應(yīng)用技術(shù)快速發(fā)展愈發(fā)成熟，當(dāng)前已經(jīng)成功進入了商業(yè)領(lǐng)域，但是當(dāng)分布式光伏電源接入配電網(wǎng)后，配電保護系統(tǒng)由于分布式光伏電源的加入產(chǎn)生了很大的影響，本文從重合閘、潮流方向、六安路電流和孤島運行四個方面進行客觀分析，對于學(xué)術(shù)界進一步的方案優(yōu)化有著一定的意義。

關(guān)鍵詞：分布式光伏電源；配電網(wǎng)；繼電保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.171

0 引言

一般來說配電網(wǎng)是單電源的輻射體系，而分布式電源是多電源共同工作的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，因此，分布式光伏電源的接入會讓原本簡單的配電網(wǎng)體系變得復(fù)雜，影響配電網(wǎng)原本的電能質(zhì)量、穩(wěn)定程度，甚至?xí)ε潆娋W(wǎng)的繼電保護系統(tǒng)，讓配電網(wǎng)難以正確判斷應(yīng)該進行的保護操作，對配電網(wǎng)的安全提出了挑戰(zhàn)。

1 分布式光伏電源對配電網(wǎng)保護的影響

（1）對重合閘的影響。在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中重合閘已被廣泛的應(yīng)用，而在含分布式光伏電源的配電網(wǎng)中，在故障發(fā)生時出現(xiàn)狀況，情況一：配電網(wǎng)處于獨立運行狀態(tài)，其中部分所需電能由分布式光伏電源供應(yīng)，這個時候若要進行自動重合閘操作，在這種情況下重合閘不會成功。情況二：分布式光伏電源在跳閘后仍然持續(xù)供電導(dǎo)致發(fā)生問題處電弧無法熄滅無法進行自動重合閘操作。在一般的配電網(wǎng)中，一旦發(fā)生突發(fā)性故障，自動重合閘可以以最快的速度進行恢復(fù)供電，但是當(dāng)分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時，此時的配電線路不再只有一個電源，導(dǎo)致重合閘的操作需要考慮雙邊電源同步和時間配合問題。

（2）影響短路電流。當(dāng)分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時，若電路發(fā)生短路，那么短路電流會變得無法預(yù)測，此時的短路電流的大小與分布式光伏電源的運行狀態(tài)和發(fā)生故障的位置有關(guān)，在故障中，該電路中接入分布式光伏電源越多那么情況就越為復(fù)雜，對短路電流的判斷難度也會更高，如果配電網(wǎng)仍然采取傳統(tǒng)的電路保護方案，那么配電網(wǎng)中是對于分布式光伏電源的接入在數(shù)量、容量、位置方面都會有非常大的限制。

（3）逆向潮流。在分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時，有幾率伴隨著逆向潮流的發(fā)生，特別在分布式光伏電源容量過大時，當(dāng)其容量超過電路系統(tǒng)所需要的電能時，配電網(wǎng)中的潮流方向就會發(fā)生變化。過去的配電網(wǎng)絡(luò)是單電源輻射結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生故障或短路，電流方向等電路信息非常明確且容易確定，加入分布式光伏電源后，改變了原有的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，發(fā)生故障以及問題時需要了解分布式光伏電源的自身狀態(tài)，才可以進一步分析電路狀態(tài)。

（4）孤島運行。傳統(tǒng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時，基本上交給離故障處距離最短的保護繼電器處理，此時故障處在分布式光伏電源上方，那么分布式光伏電源會將電能提供給從配電網(wǎng)中分離出的部分，一旦分布式光伏電源的儲量不充裕，難以支持額外增加的電量負荷，便會產(chǎn)生過載現(xiàn)象，造成的結(jié)果就是電路系統(tǒng)停機，若與配電網(wǎng)分離的獨立系統(tǒng)所需電量所有都由分布式光伏電源支持，那么此類現(xiàn)象名為孤島運行。

孤島運行現(xiàn)象會對人員安全及線路設(shè)備造成傷害，首先，在孤島運行的狀態(tài)中，維護人員如果不小心接觸了帶電導(dǎo)體，將會導(dǎo)致觸電的情況發(fā)生。其次，在電路故障發(fā)生之后，部分電路網(wǎng)絡(luò)處于孤島運行狀態(tài)，若在這時進行自動重合閘操作，則極有可能導(dǎo)致電路網(wǎng)絡(luò)由于沒有同步合閘引發(fā)更大的電路故障，延長供電維護時長。最后，在孤島運行的狀態(tài)下，電能質(zhì)量難以保障，對電網(wǎng)及設(shè)備產(chǎn)生不良影響[1]。

2 含分布式光伏電源的配電網(wǎng)保護方法

（1）切除分布式光伏電源。分布式光伏電源接入配電網(wǎng)后會對配電網(wǎng)的自護機制產(chǎn)生多方面的影響，因此在電路網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，快速切斷分布式網(wǎng)絡(luò)，那么配電網(wǎng)就可以使用傳統(tǒng)機制來進行自我修復(fù)。這個方式對于傳統(tǒng)的保護系統(tǒng)來說變化最少、付出最低，不過依舊有一些疑慮，首先，分布式光伏電源應(yīng)該在檢測到電路故障之后從配電網(wǎng)中移除；其次，按照目前的某些標(biāo)準(zhǔn)，分布式光伏電源的移除時間應(yīng)該是在產(chǎn)生故障之后且自動重合閘之前，但是在實際的操作中，未必可以一定做到這一點，因此依舊會對配電網(wǎng)的自我保護造成一些影響。

（2）限制容量及接入位置。由于無法確保在電路產(chǎn)生故障之后，第一時間將分布式光伏電源從配電網(wǎng)中移除，因此可以考慮用限制分布式光伏電源的接入位置和容量來削弱分布式光伏電源對原配電網(wǎng)保護體系的影響。在確保電網(wǎng)的自我保護可靠可執(zhí)行的情況下，分析分布式光伏電源接入數(shù)量、介入位置、組合方式以及線路參數(shù)等幾個角度對起準(zhǔn)入容量的形象，最終證明，在對配電網(wǎng)傳統(tǒng)的繼電保護體系不更改的前提下，分布式光伏電源的接入限制非常大，因此，此方法依舊不夠完美。

（3）引入故障限流器。故障限流器是一種降低故障電流的原件，在配電網(wǎng)發(fā)生故障時引入故障限流器，大大降低了發(fā)生故障時配電網(wǎng)中的配電電流，并且不會對配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。但是這個方法仍然存在些許不足，比如，在發(fā)生故障期間，分布式光伏電源難以穩(wěn)定的支持系統(tǒng)運行[2]。

（4）基于多代理系統(tǒng)的保護方案。利用數(shù)字化技術(shù)，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中搭建通信網(wǎng)絡(luò)，基于智能化的數(shù)據(jù)分析，對配電網(wǎng)中的各部分狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集與檢測分析，由此一道電路網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障依靠智能化的數(shù)據(jù)分析算法，可以第一時間準(zhǔn)確的知道故障發(fā)生的位置及其他基本信息。在通過對于故障的分析以及電路網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)信息的分析自動找出恢復(fù)故障的方法，達到快而準(zhǔn)的解決電路故障的目的，但是此方案需要極其復(fù)雜且可信程度高的通信網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)論

分布式光伏電源從能源屬性上為社會帶來了新希望，同時也對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)系統(tǒng)帶來了一定沖擊和影響，綜合來看，當(dāng)前分布式光伏電源與配電網(wǎng)的自我繼電保護之間的沖突應(yīng)該從基礎(chǔ)保護和構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)兩方面合作完成，這樣的組合可以讓新型的配電網(wǎng)絡(luò)保護機制在滿足保護電路的功能前提下，滿足對于新型配電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)濟性和拓展性需求。

參考文獻：

[1]張潤坤.含分布式光伏電源的配電網(wǎng)繼電保護研究[D].南京理工大學(xué)，2017.

[2]方永毅.含分布式電源配電網(wǎng)繼電保護技術(shù)研究[D].華北電力大學(xué)，2015.