分布式電源并網對配電網保護的影響

張建軍

（浙江正泰新能源開發有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

近年來，隨著能源問題和環境問題的突出，分布式電源的發展越來越迅速，裝機容量也飛速增長，在電網中的地位越來越重要。若不改變其控制方法，它會對電力系統造成不可估量的影響。分布式光伏電源的注入，對配電網有多方面影響，包括分布式電源的并網、電壓調整、諧波問題和繼電保護等。因此，本文主要圍繞光伏電源對繼電保護等方面的影響展開討論。

1 分布式電源系統發展的狀況

近年來，在全球光伏政策環境的有力支持下，光伏產業的技術水平不斷提升，制造成本快速下降，平價上網時代已經提前到來。分布式電源主力之一的光伏發電項目，在全球范圍內呈現星火燎原之勢。GW級光伏市場越來越多，新興市場亮點頻現，大力發展分布式發電技術已成為全球各國能源戰略的必然選擇。當前，分布式電源在有效改善能源安全、氣候變化、環境污染等方面的作用愈發突出。分布式電源系統是保證我國能源可持續發展戰略實施的有效途徑之一，有著廣闊的市場前景。

2 分布式電源并網對電能質量的影響

2.1 對電網系統電壓的影響

對于傳統的配電系統，負荷感性和容性分量的變化會引起電網電壓的波動。從電源側往末端負荷方向的電壓波動現象越來越嚴重，電壓會因負荷在線路上的分布不均衡而產生異常波動。所以，當分布式電源接入配電網后，對系統電壓波動的主要有兩方面影響。

第一，分布式電源接入電網后，和配電網負荷并列運行。當配電網負荷的大小發生變化時，DG的輸出容量會根據負荷變動進行相應調整，從而有效抑制系統電壓的波動。

第二，分布式電源并網后，采用配電網系統獨立運行的方式，即對負荷的變動不作出相應變化[1]。以光伏系統為例，光伏組件的發電功率受光照度的影響很大，一天的發電量呈現為正弦波曲線，因此較難和配電網的負荷協調運行。發電量高峰時會造成電網系統電壓波動，此時可以通過無功功率動態補償進行調節。從經濟的角度來說，需要增加配電系統的投資。

所以，對分布式電源介入所造成的電壓波動問題進行全面系統的分析研究，具有重要的實際意義。

2.2 電網諧波問題

分布式電源接入配電網系統后，會在配網線路上產生各種諧波影響，多種奇次諧波會通過配變污染10 kV電網，從而對電網的正常運行造成威脅。分布式電源本是一個諧波的發生源，發電設備采用的相關電力電子設備在高頻工作狀態下會產生諧波。例如，光伏發電系統主要是并網逆變器，諧波電流的真正來源是逆變器中的IGBT等元件。輸出的諧波電流大小和輸出功率具有線性關系，可以通過變流器裝置的設計方案和配套安裝濾波裝置解決[2]。

3 分布式電源對配電網保護裝置的影響

分布式電源接入配電網系統時，必須采取相應的母線保護、防孤島保護以及故障解列裝置保護等措施。當配電網的容量比達到一定比例后，會影響配電網保護系統的整定范圍和保護配合原則。下面將重點分析DG并網后對配電網的影響。

3.1 分布式電源的饋線側故障分析

3.1.1 故障位于接入點上下游不同位置時

如圖1所示，分布式電源DG1接入饋線的BC段，故障發生的位置位于DG1下游的饋線CD段①處。當DG1容量足夠大時，在DG1接入后會導致DG1下游的保護電流變大而DG1上游保護電流變小。當饋線AB段③處發生故障時，保護R2處流過DG1提供的反向故障電流。此時，如果饋線保護不帶電流方向元件，反向故障電流可能超過保護R2處的保護電流整定值，從而引起保護R2的誤動作。就DG1下游保護而言，在配電網中的保護范圍可以延伸到相鄰的一條線路上，從而使得不同線路上的電流保護發生相互干擾。因此，電流保護效果受到了一定影響。

3.1.2 故障位于相鄰饋線時

如圖1所示，分布式電源DG2接入饋線BC段，當相鄰饋線AE段④處發生故障時，DG2會通過故障電流經保護R4流向故障點。當電流足夠大且保護R4沒有加裝方向元件時，會產生保護R4的誤動作。當保護R4流過的故障電流加大時，會導致保護R4的保護區域蔓延到下一段線路，和保護R3失去配合。當DG2容量足夠大時，反向電流有可能超過電流保護的整定值，導致保護R3誤動作。此種狀態下，無法確保饋線保護的選擇性。

3.1.3 分布式電源接入配電系統的母線側

如圖1所示，當DG3接入系統電源的母線A時，相當于增大系統的短路容量，一定程度上增大了短路電流，對饋線電流保護的影響較小，且提高了各饋線電流保護的靈敏度。

圖1 光伏電站分布式接入配電網系統典型接線

3.1.4 分布式電源接入導致饋線部分保護靈敏度的變化

如圖1所示，分布式電源DG1接入饋線的BC段，如果饋線在BC段的②處發生短路或過流時，原則上是由保護裝置R2的動作來控制斷路器切除故障。但是，由于DG1的接入，此時流過故障點的電流由兩路電源疊加產生，實際流過R2裝置的電流會相應減少，影響了R2動作的靈敏度，甚至會拒動。類似地，饋線CD段的①處發生短路故障時，保護裝置R1的動作電流值由系統電源和DG1共同提供的增量電流，會導致R1的靈敏度變大產生拒動，從而擴大故障范圍。

4 分布式電源接入對線路保護影響的對策

針對分布式電源接入配電網后對保護電流產生的影響程度，因其將原來輻射狀單電源系統轉換為雙電源或多電源系統結構，無法單獨依靠修改保護裝置的整定值進行消除。可以考慮對原保護裝置加裝方向保護裝置進行選擇性保護，其與雙向計量裝置類似，可以保證原電源系統電流方向保護的可靠性，也避免了DG接入對保護的影響。帶方向性電流保護裝置的造價非常高，因此需要考慮經濟性[3]。

針對分布式電源本身存在的故障對配電系統產生的影響，需在配電線路和分布式電源的連接處安裝故障解列裝置。當發生短路等故障時，對故障點以后的并網DG進行可靠切除，待故障消除后，分布式電源經重合閘裝置或手動再行并網。該方案要求安裝的故障解列和防孤島裝置的動作時間需滿足時限要求，同時要保證動作的可靠性和靈敏性[4]。

對于自發自用分布式電源接入配電系統，可以在并網點側安裝逆功率保護裝置，確保DG的發電被內網負荷消納，出現超發情況時不向電網側倒送電，杜絕了DG向故障點提供短路電流。該方案雖然限制了分布式電源的發電容量，但是對配電系統的電流保護幾乎不產生影響，關鍵是做到了發電功率和負載的匹配度，最大限度地發揮了DG的發電能力。

5 結 論

綜上所述，主要對分布式電源對配電網保護和控制裝置進行分析，闡述了分布式電源容量和接入點不同對配電網保護帶來的不同影響。尤其DG的接入點越遠離配電網電源側，保護裝置的數量會越大，且在保護過程中會失去選擇性。另外，考慮到DG接入位置的不同，實際應用中應根據不同的情況進行具體分析，從而選擇有效的解決方案。