分布式發電對配電網繼電保護的影響研究

摘要：新能源發電逐漸取代傳統能源發電已經成為我國電力產業一大發展趨勢，為了能夠緩解能源緊張、減少有毒有害氣體排放，新能源發電技術的應用愈加廣泛，分布式發電技術也應運而生。雖然分布式發電技術推動了電力產業變革進程，但也給電力系統運行、控制造成巨大影響，特別是配電網繼電保護方面。傳統配電網保護策略已經無法適用于分布式發電并網模式，必須要對配電網保護進行改進和調整。基于此，分析了分布式發電的含義，探究分布式發電對配電網繼電保護的影響，并有針對性提出幾點解決對策，旨在降低分布式發電對配電網繼電保護的負面影響。

關鍵詞：分布式發電配電網繼電保護新能源

中圖分類號：TM753

ResearchontheImpactofDistributedGenerationonRelayProtectioninDistributionNetworks

WEITianshu

PeixianPowerSupplyBranch，StateGridJiangsuElectricPowerCo.，Ltd.，Xuzhou，JiangsuProvince，221600China

Abstract：ThegradualreplacementoftraditionalenergypowergenerationbynewenergypowergenerationhasbecomeamajordevelopmenttrendinChina'spowerindustry.Inordertoalleviateenergyshortagesandreducetoxicandharmfulgasemissions，theapplicationofnewenergypowergenerationtechnologyisbecomingincreasinglywidespread，andDistributedGenerationtechnologyhasalsoemerged.AlthoughDistributedGenerationtechnologyhaspromotedthetransformationprocessofthepowerindustry，ithasalsohadahugeimpactontheoperationandcontrolofthepowersystem，especiallyinthefieldofdistributionnetworkrelayprotection.Thetraditionaldistributionnetworkprotectionstrategyisnolongerapplicabletothedistributedgenerationgridconnectionmode，anditisnecessarytoimproveandadjustthedistributionnetworkprotection.Basedonthis，themeaningofdistributedgenerationisanalyzed，andtheimpactofdistributedgenerationondistributionnetworkrelayprotectionisexplored.Severaltargetedsolutionsareproposedtoreducethenegativeimpactofdistributedgenerationondistributionnetworkrelayprotection.

KeyWords：Distributedgeneration;Distributionnetwork;Relayprotection;Newenergy

隨著火電產業的長期發展，傳統資源枯竭、碳排放量超標、全球變暖等問題也隨之而來，如何解決這些問題成為了社會關注焦點話題。近些年我國大力發展新能源發電技術，在人力、物力、財力、政策等方面給予了全力支持。分布式發電作為當前新能源發電的最佳形式，光伏發電、風能發電、潮汐能發電、生物質能發電等技術已經取得巨大成就，未來會有更多的分布式電源并入電網。為了并網的便捷性，一般將分布式電源就地接入配電網，雖然并網成本較低，但難以滿足龐大數量分布式電源并網需求，并且在實際并網運行中會對配電網繼電保護造成一定影響。這就需要掌握分布式發電對繼電保護的影響機理，同時針對性采取有效的解決策略，為新能源發電產業發展奠定基礎。

1分布式發電相關闡述

分布式發電是指為支持配電網經濟運行或滿足特定用戶用電需求，通過分散式布置在用電用戶附近的小型新能源發電電源。分布式發電功率從幾千瓦到百兆瓦不等，是一種小型模式、環境兼容的獨立式電源[1]。分布式發電不同于傳統的遠距離傳輸、集中發電模式，是現代提出的一種新型供電系統。分布式發電主要分為3種運行方式，其主要表現如下。

1. 獨立運行。對一些特殊區域、有用電需求的地理位置，由于分布式發電并網成本高，因此將分布式發電作為獨立電源。（2）備用運行。在敏感負荷系統中分布式發電作為備用電源，在配電網斷電期間作為備用電力供應。（3）大系統并網運行。作為分布式電源主要運行方式，主要考慮分布式發電會受到自然環境影響，為了保障用戶供電的可靠性，將分布式電源并入配電網，實現當地配電網的電力補充。

2分布式發電對配電網繼電保護的影響

2.1三段式電流保護動作行為方面

配電系統仿真模型如圖1所示。分布式發電對三段式電流保護動作行為影響有以下幾點。

2.1.1降低本饋線保護靈敏度

如圖1所示，在8n接入分布式電源前，8n發生故障時的故障點短路電流由系統提供，而接入分布式電源后，除了系統提供短路電流，分布式電源同樣會提供短路電流，而1n只能檢測到系統的短路電流，接入分布式電源前故障電流小，降低了1n采集器靈敏度，甚至出現拒動情況[2]。大容量分布式電源會進一步降低保護靈敏度。

2.1.2提高本饋線保護靈敏度

8n發生故障后，由于系統和分布式電源共同提供故障電流，因此下游保護接收的故障電流更大，提高了保護靈敏度，增加了保護誤動頻率。分布式電源容量越大，下游保護靈敏度越高。如圖1中3n故障，接入分布式電源前1n無法感知故障電流，接入之后本饋線即可接收到分布式電源反向故障電流，從而導致誤動現象。

2.1.3提高其他饋線保護靈敏度

當圖1中的7n故障，接入分布式電源前，由系統朝向故障點流動短路電流，接入后分布式電源系統也會向故障點提供短路電流，增加了故障饋線短路電流量，從而提高其靈敏度，失去選擇性。

2.2反時限過流保護

反時限過流保護通過配合點動作時間配合以及與繼電器相同特性曲線進行保護性選擇，保證繼電保護系統不會受到短路電流的影響。反時限過流繼電保護方程為[3]：

式（1）中：t（反時限過流保護動作時間）作為變量K、Iop單調遞增函數。在K、Iop參數選擇中，只要確保上級K、Iop大于下級K、Iop參數，則在故障電流過保護量一定時下級保護動作最先動作，完成上下級保護配合。在未接入分布式電源時，系統發生故障可通過反時限過流保護實現上下級配合。而接入分布式電源后會導致短路電流發生變化，對反時限過流保護造成影響。

2.3距離保護

在復雜電力網絡中，由于饋線、重要電纜運行方式變化大，通常選用距離保護方案。由于系統短路會同時生成大電流、低電壓，距離保護借助該特性，測量電壓、電流比值，判斷系統是否存在故障。測量阻抗直接受到分支電路影響，因此在定值整定必須計算分支系數。饋線與分布式電源相連后，可將分布式電源視作一個系統分支，從而影響系統的保護范圍。分布式電源的容量、接入位置均會對距離保護動作造成影響。

2.4自動重合閘

配電線路為單電源供電形式，斷路器一般安裝在線路出口位置，同時增設三相一次重合閘，自動重合閘動作時限在0.5～1s之間。分布式電源接入電力系統后，一旦發生故障跳閘，如果在0.5～1s的時限內未切除分布式電源，系統在此期間會繼續為故障點供電，導致故障電流在系統中的存在時間，此時重合閘動作可能會因為大電流產生重燃，一定概率無法正常合閘[4]。即便故障點絕緣依然可以起到作用，也會因重合閘非同期造成無法成功合閘，甚至會對分布式電源、配電網造成劇烈沖擊。因此如何在重合閘動作前0.5～1.0s期間完成分布式電源退出是解決問題的關鍵。

3應對策略

3.1三段式電流保護動作的應對策略

在分布式電源發展初期階段，針對分布式發電對三段式電流保護拒動、誤動等方面主要采用限制分布式電源接入量、控制接入容量、調節接入點位等方法，在一定程度上可以降低分布式電源對整個繼電保護系統的影響。通常情況下，在分布式電源滲透率≤10%、剛度≥20、有反孤島保護時，分布式電源對繼電保護系統影響非常小，無須重新調整配電系統參數以及配置。如果繼電保護電源達到一定容量且接入到某條線路，應以影響最小作為基準選擇分布式電源。根據目前主流的應對策略來看，盡可能在線路末端接入分布式電源，可減少分布式電源對下游保護裝置的影響，同時該方法可以延長分布式電源和相鄰線路保護設備的間距，降低對相鄰線路保護裝置的影響。在線路末端接入分布式電源后，在分布式電源上游處安裝方向元件，這樣系統故障或上游故障的誤動率會大大降低。

3.2反時限過流保護的應對策略

結合式（1），反時限過流保護動作時間t作為變量K和Iop單調遞增函數。在設定K和Iop時，需要保證兩個參數值的上級保護比下級保護更大，這樣即可在相同故障電流條件下，下級保護最先動作，之后上級保護再動作，達到上下級配合動作的目標。在分布式電源中接觸放射性饋線，一旦出現故障情況，理論上流過上級保護故障電流應小于等于流過下級保護故障電流，這樣下級保護也是最先動作，上級保護再動作，依然可以滿足兩級保護的配合標準。按照該方法設置反時限過流保護參數，無論是否接入了分布式電源均可以保證上下級保護的配合性，無須調節反時限過流保護參數。針對流過反向電流造成上游保護誤動情況，可以針對反時限過流保護設置方向元件[5]。

3.3距離保護的應對策略

分布式電源接入配電網主要是對上游距離保護造成影響，縮減了下級線路后備保護范圍，分布式電源接入母線時，其上游距離保護依然可以作用于本線路，因此無須重新調整。分布式電源失穩前提供的正向助增電流未超過速斷保護定值的1/10時，則分布式電源接入會嚴重影響下游保護靈敏度。對此，為了確保下游保護靈敏度達到安全標準，在分布式電源投入后，下游保護應重新檢驗保護定值。所以應實時監測分布式電源是否投入運行，如投入則要重新校驗保護定值；如退出則用未校驗的保護定值。針對分布式電源接入對其下游繼電保護的影響，可將傳統的繼電保護器更換為帶有方向判斷功能的距離繼電器，該設備可自行判斷電流方向，無須再增設其他元件。

3.4自動重合閘的應對策略

在配電網中，大部分變電站出線口都是采用閘前保護模式。如果一條線路故障，則由斷路器檢測故障電流并動作，之后重合閘重新動作恢復正常供電。如果系統是瞬時性故障問題，在系統檢測到瞬時電流后進行重合閘即可實現恢復供電。而對于重要負荷電流，接入分布式電源接入前是每個電路都采用“斷路器—重合閘”保護方案，也就是重合閘加速保護模式。線路出現故障后，系統檢測到故障電流后選擇性啟動保護動作，再重合閘，切除故障[6]。接入分布式電源后，應將系統、分布式電源的重合閘整定時間延長，這樣在產生瞬時故障后，故障電流有更長時間去游離，借助檢無壓檢同期功能，即可避免分布式電源切除對重合閘的影響。為了降低重合過程對分布式電源造成過大沖擊，可選用自適應重合閘系統。

4結語

綜上所述，分布式發電對配電網繼電保護的影響主要表現在三段式保護電流動作、反時限過流保護、距離保護、重合閘等方面，主要表現形式為誤動、不動作、上下級保護配合度降低等，對此應調節保護裝置安裝位置和分布式電源接入位置，選擇新型繼電保護裝置，調節系統動作保護參數，從而降低或消除分布式發電對配電網繼電保護的負面影響。

參考文獻

[1]黃峰.分布式光伏電站并網對配電網繼電保護的影響[J].電力設備管理，2023（1）：17-19.

[2]程傳新.太陽能分布式光伏電站接入配電網繼電保護配置研究[J].電力設備管理，2023（17）：212-214.

[3]常曉輝.試談分布式發電對配電網繼電保護的影響[J].工程技術（全文版），2022（4）：855-856.

[4]姚雄.分布式發電對配電網繼電保護的影響[J].電子技術與軟件工程，2021（19）：222-224.

[5]馬勇.分布式電源接入配電網故障定位與恢復方法研究[D].銀川：寧夏大學，2022.

[6]秦騰.分布式光伏發電接入配電網影響的實測與仿真分析[D].濟南：山東大學，2020.