新能源并網對配電繼電保護的影響研究

摘要：隨著全球能源需求的不斷增長和環境保護意識的提升，風能、太陽能等可再生能源已成為國家能源戰略的重要組成部分。新能源的大規模并網在提高電力系統清潔度和可持續性的同時，也給傳統電力系統的穩定運行帶來了新的挑戰。為此，將重點研究新能源并網對配電繼電保護的影響，從多個角度分析在新能源并網環境下配電網保護系統的發展路徑，保障電力系統的穩定運行。

關鍵詞：新能源并網"電流特點"配電繼電保護"接入位置"并網容量

Study"on"the"Influence"of"Grid-Connected"New"Energy"on"Distribution"Relay"Protection

XIE"Silong

Huizhou"Huiyang"Power"Supply"Bureau"of"Guangdong"Power"Grid"Company"Limited，"Huizhou，"Guangdong"Province，"516100"China

Abstract："Withnbsp;the"continuous"growth"of"global"energy"demand"and"the"enhancement"of"environmental"protection"awareness，"renewable"energy"such"as"wind"energy"and"solar"energy"have"become"an"important"part"of"the"national"energy"strategy."The"large-scale"grid-connection"of"new"energy"not"only"improves"the"cleanliness"and"sustainability"of"the"power"system，"but"also"brings"new"challenges"to"the"stable"operation"of"the"traditional"power"system."Therefore，"it"will"focus"on"the"study"of"the"impact"of"new"energy"grid-connected"on"distribution"relay"protection，"and"analyze"the"development"path"of"distribution"network"protection"system"in"the"new"energy"grid-connected"environment"from"multiple"perspectives"to"ensure"the"stable"operation"of"the"power"system.

Key"Words："Grid-connected"new"energy;"Current"characteristics;"Distribution"relay"protection;"Access"location;"Grid-connected"capacity

隨著全球能源需求的不斷增長和環境保護意識的增強，新能源的開發和利用成為世界各國關注的重點，我國在大力推進新能源產業發展的同時，也積極推動新能源并網技術的研究和應用。新能源并網將太陽能、風能等可再生能源通過電網輸送到用戶端，從而實現能源的高效利用。然而，由于新能源具有波動性和間歇性的特點，其并網運行給配電網的穩定性和安全性帶來了新的挑戰。配電繼電保護作為電力系統的重要組成部分，主要負責檢測電力系統故障并迅速采取措施，以確保電力系統的安全、穩定運行。隨著新能源并網比例的增加，傳統的配電繼電保護技術面臨新的問題和挑戰。因此，本研究旨在探討新能源并網對配電繼電保護的影響，并提出相應的解決方案[1]。

1新能源并網后電流特點

在新能源接入電網后，對于單臺風電機組，不同類型的風機在發生故障時表現出不同的短路電流特性，普通異步風機在故障發生后，短路電流會在50"ms內迅速衰減至接近其初始值的50%。雖然雙饋異步風機在故障瞬間所提供的短路電流比普通異步風機要大，但其衰減速度極快，一般在50"ms內即可衰減約97%。這也說明雖然雙饋異步風機初始短路電流較高，但其對電網的影響時間較短。相反，直驅永磁同步風機所提供的短路電流明顯較小，基本在50"ms時就不再提供短路電流。此外，由于光伏電站逆變器等電力電子設備的過載能力有限，其向系統提供的短路電流非常小。在經過多級升壓后接入高壓輸電網時，光伏電站的短路電流幾乎可以忽略不計。在實際的工程計算中，光伏電站提供的短路電流通常按額定電流的1.2～1.5倍估算。短路電流特性的差異對電網的保護和穩定性設計提出了新的挑戰，也要求工程師在設計和運行電網時充分考慮這些特性，以確保電網的安全、可靠運行。

2新能源并網對配電繼電保護的影響

2.1不同接入位置對配電繼電保護的影響

我國10"kV配電網通常采用單電源輻射結構，主要依靠三段式電流保護作為主要保護手段，假設系統容量為SS，系統電壓為ES，系統電抗為XS，光伏發電系統容量為SE，當光伏發電系統接入配電網的饋線末端時，接入容量分別為5"MW、10"MW、20"MW時，對配電繼電保護的影響主要表現在以下幾點：（1）接入點位置的不同會直接影響故障電流的分布和大小，進而影響繼電保護的動作特性和可靠性，當光伏發電系統接入饋線末端時，電流保護裝置的靈敏度和選擇性可能會受到影響，特別是大容量光伏發電系統接入時，由于其電流輸出特性與傳統電源不同，可能導致保護裝置誤動作或拒動；（2）不同接入點的等效阻抗變化也會影響故障電流的計算和保護裝置的整定，增加了保護裝置配置和維護的復雜性，因此，接入位置對配電繼電保護的影響需要進行詳細的分析和研究，以確保配電網的安全和穩定運行[2]。

2.2并網容量對配電繼電保護的影響

光伏發電系統的并網容量對配電繼電保護的影響主要表現在故障電流的增大和保護靈敏度的變化，當鄰近線路發生故障時，反向電流會導致接入系統內的饋線保護裝置誤動作。具體來說，當相鄰線路的任意一點發生故障時，該線路的保護裝置將同時接收到來自系統側和光伏電站的故障電流信息，光伏發電系統的接入使故障電流的總量超過未并網時的水平，并顯著提升電流保護的靈敏度。然而，靈敏度的提升并不總是有利的，過高的靈敏度會導致保護裝置在非故障情況下誤動作，影響配電網的正常運行。因此，并網容量的大小不僅影響故障電流的水平，還會改變保護裝置的整定值和動作特性。在大容量光伏發電系統并網的情況下，需要重新評估和優化保護裝置的整定值，以確保在各種運行條件下的可靠性和選擇性。此外，隨著并網容量的增加，配電網的短路電流水平也會顯著提高，這對保護裝置的開斷能力提出了更高的要求。

2.3并網對饋線保護產生的影響

分布式光伏發電的接入會改變饋線的電氣特性，包括短路電流、阻抗等，從而影響保護裝置的動作時間和靈敏度，光伏發電系統的分布式特性使饋線保護范圍變得更加復雜。傳統的饋線保護范圍主要依賴電源端的故障電流，而光伏發電系統的接入引入了新的電源點，使保護范圍需要考慮多個電源的協調動作。此外，光伏發電系統的動態特性和出力不穩定性也會對饋線保護產生影響，例如：光伏發電系統的出力受天氣條件影響較大，在短時間內可能會有較大波動，對保護裝置的整定值和動作特性提出了新的挑戰。與此同時，分布式光伏發電的接入還可能引發電壓波動和諧波問題，同樣會影響饋線保護裝置的性能和可靠性，因此，為了適應分布式光伏發電接入帶來的變化，須對饋線保護策略進行調整和優化，以確保配電網在新形勢下的安全、穩定運行[3]。

3基于新能源并網下的配電繼電保護方案

3.1單個新能源電源接入的保護

當單個新能源電源接入配電網時，主要面臨的挑戰是電源的間歇性和波動性對繼電保護的影響，傳統的配電繼電保護方案依賴穩定的電流和電壓源，而新能源電源（如風電、光伏）由于氣象條件變化，輸出功率會有較大波動，該情況下，繼電保護裝置可能出現誤動或拒動。因此，對于單個新能源電源的接入，采用定值電流保護方案存在較大的局限性，應根據新能源電源的特性，設計具有動態調整功能的電流保護裝置，使其能夠根據實時負載和電源輸出的變化調整保護定值，確保在不同工作條件下均能有效保護設備。由于新能源電源的輸出電壓波動較大，需要設計更加靈敏的電壓保護裝置，以便在電壓異常波動時及時切除故障，采用過/欠電壓保護配合快速切除功能，以減少電壓波動對配電網的影響。此外，新能源電源可能引入諧波污染，對配電網造成危害，針對這一問題，需要增加諧波檢測和保護功能，通過諧波保護裝置實時監測和抑制諧波，保障電能質量。

定值電流保護通常基于設備的額定電流進行設置。如果設備的實際電流超過設定值，保護裝置將觸發動作，針對新能源電源，特別是風電和光伏系統，可以使用簡化公式（1）進行保護設定：

I設置="k×I額定""""""（1）

式（1）中，I設置表示保護裝置的設定電流；I額定表示設備的額定電流；k表示根據實時負載和電源輸出波動性進行調整的系數。

對于電壓保護，考慮設備的額定電壓范圍以及電壓保護裝置的動作閾值。一般來說，電壓保護裝置根據設備的額定電壓設置為公式（2）

V設置=V額定±△V"""""""（2）

式（2）中：V設置表示保護裝置的設定電壓；V額定表示設備的額定電壓；△V表示根據電壓波動性確定的偏差范圍。

數據分析可以通過實時監測裝置獲得電流、電壓、功率和諧波等數據，并應用統計方法和機器學習技術進行分析，如使用移動平均法或小波變換來檢測周期性的功率波動和電壓異常。

3.2多個新能源電源接入的保護

多個新能源電源接入配電網時，情況更為復雜，尤其是在不同類型的新能源電源同時接入的情況下，保護方案需要兼顧各類電源的特性，保證系統的協調性和可靠性。設計協調保護策略，以確保在一個電源發生故障時，不會對其他電源和系統造成過度影響，采用分區保護和全網保護相結合的方式，確保在局部故障時僅切除故障區域，而不影響整個配電網的運行。此外，采用復合保護技術，將電流保護、電壓保護、頻率保護、方向保護等多種保護方式相結合，以應對不同故障類型和工作條件下的保護需求。多電源接入情況下，故障定位與隔離變得尤為重要，設計高精度的故障定位裝置，通過電流差動保護、縱聯保護等技術，快速準確地定位故障點，并及時隔離故障部分，防止故障擴大。

3.3"自適應電流繼電保護

自適應電流繼電保護技術通過實時監測配電網的運行狀態，根據不同的運行條件動態調整保護參數，提高繼電保護的靈敏度和可靠性，適應新能源電源的波動性和間歇性特點。從技術應用角度來看，自適應電流繼電保護裝置能夠根據實時負載、電源輸出及系統運行狀態，動態調整保護定值，通過對配電網各節點電流、電壓、功率等參數的實時監測和分析，自適應調整保護裝置的動作定值，使其在各種工況下均能有效動作[4]。同時，采用人工智能算法（如機器學習、神經網絡等），對配電網運行數據進行分析和預測，根據預測結果動態調整保護參數，進一步提高自適應保護的準確性和可靠性。由于自適應電流繼電保護具備快速故障檢測功能，實時數據分析和故障特征識別，在故障發生的瞬間做出快速響應，及時切除故障，保障配電網的安全運行。

3.4"各保護方案的仿真分析

利用仿真分析可以有效驗證各類保護方案的有效性和可靠性，為實際工程應用提供科學依據，仿真分析的主要內容包括故障模擬、保護動作特性分析和保護整定優化等方面。在仿真環境中，模擬單個或多個新能源電源接入配電網時可能出現的各種故障情況，如短路、接地、過載等，故障情況的模擬有助于分析不同保護方案在故障情況下的響應特性和動作時間，確保保護裝置能夠正確且可靠地運行。通過對各類保護裝置在不同故障類型和運行條件下的動作特性進行詳細分析，包括動作時間、靈敏度、選擇性等方面，確保這些保護裝置在實際運行中能夠準確、及時地檢測并切除故障。同時，基于仿真分析的結果，對保護裝置的整定參數進行優化調整，使其在各種運行條件下均能達到最佳的保護效果，通過反復仿真和調整，最終確定最佳的保護整定方案，從而顯著地提高保護系統的整體性能，確保電力系統的安全、穩定運行[5]。

4"結語

綜上所述，新能源并網對配電繼電保護的影響研究揭示了在高比例新能源接入電網的背景下，傳統繼電保護系統面臨的諸多挑戰。通過理論分析和仿真研究，深入探討了新能源接入帶來的故障特征變化、電網動態特性影響及其對繼電保護的影響。因此，在未來的應用中，必須結合新能源的特性，優化繼電保護裝置和算法，特別是在提高保護的靈敏度、選擇性和可靠性方面，應充分利用智能算法和大數據分析技術；同時，進一步加強對新能源動態特性的仿真和實驗研究，建立更為精確的仿真模型，以確保繼電保護系統能夠有效應對復雜多變的電網環境。總之，新能源并網對配電繼電保護的影響研究，不僅為電網安全、穩定運行提供了理論依據，也為未來智能電網的發展奠定了重要的技術基礎。

參考文獻

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[2]王素梅.新能源并網對配電網電壓的影響[J].自動化應用，2024，65（7）："118-120.

[3]李凡，齊蓬勃，弋富國，等.5G技術對新能源接入配電網繼電保護的影響及優化[J].制造業自動化，2023，45（8）：77-80.

[4]萬文文，張國平，張旭.新能源發電并網對配電網運行的影響分析[J].電子技術，2023，52（7）：282-283.

[5]徐元璨.極坐標系下新能源并網系統統一復電路建模與振蕩機理及其抑制方法[D].長沙：湖南大學，2023.