分布式電源對配電網繼電保護影響分析

熊 偉

開封空分集團設計研究院，河南開封 475000

0 引言

所謂分布式電源技術且是發電功率達到數千萬，小型的模塊化而且分散布置于用戶附近可靠、高效的發電技術，發電設施較多，包括了微型燃氣輪機、風力發電、光伏電池及生物質發電等。但是如果將這種電源接在原有配電網絡上，必然改變潮流，也會改變短路之時各線路或者母線短路的電流，為配電網帶來繼電保護失效、配合保護不適宜以及保護誤動作等。因此，分析分布式電源對配電網機電保護的影響具有實際意義。

1 分布式電源基本概念

依據國家相關標準對分布式電源給出基本概念，及時最大容量在50MW～100MW、常常連接在配電網絡而且不接受統一控制與調度的發電機組。根據這個定義可知，連接在配電網絡上的大規模發電機組沒包含在該列。僅僅包含了容量較小、能夠隨意并網在電力系統的任意位置的發電機。但是從各種文獻可以看出來還有其他各種定義，但是無論是那種定義分布式電源必須要具備兩個標準：那就是并網電壓等級與容量。

2 分布式電源對配電網繼電保護影響

分布式電源會給配電網的繼電保護帶來多方面影響，本文就是針對這些方面進行相應的闡述，具體探析如下：

2.1 影響電流保護

本文構建出電網模型來分析分布式影響電流保護，將模型設置成三段式的電流保護，在分布式電源引進之前就設定好數值，之前就將其固定下來。其連接實物如下圖：

圖1 分布式電源

從上圖就能夠明顯發現對于分布式的電源接入模型中，饋線2末端的母線C之上連接了分布式電源，配電網就有過去的單源供電變為多源供電，必然會給配電網絡帶來一些影響，總體而言體現在如下方面：

1）一旦上圖的E點出現了故障，必然造成主電源與分布式電源同時發生短路電流，其表達式為If=Is+Ig，該式中，If代表出現故障的短路電流，Is代表主電源的短路電流，Ig代表分布式電源的短路電流。當這種短路電路流入到保護1之時，因為有了分布式電源的短路電路加入，必然增大短路電流，為了確保配電網，保護1即會按照設定的自動切斷發生故障的線路。但是隨著短路電流的急劇增加，極有可能超過了保護1所能承受的能力，自然引發保護2啟動而切斷故障線路，自然就會擴大故障的停電范圍；

2）一旦上圖的C點出現了故障，這種情形下主電源進入短路點的電路Is和分布式電源流入電流沒多大變化，主電源短路電流也不會影響到保護3，保護3依然按照開始設定的線路自動切斷。但是切斷之后分布式電流依然不斷給短路點送入短路電流Ig，通過時也給切斷故障線路進行供電，可是分布式電壓比較較小，遠遠小于了主電源上的電壓，如果長時間給故障線路提供電壓必然會降低線路電壓，導致電網出現局部崩潰。為了能夠處理好這個問題，大都做法就是在分布式電源連接處加設斷路器，讓保護3來控制，一旦發現故障就會及時切斷分布式的電源；

3）一旦上圖的F點出現了故障，分布式電源就會將短路電流送經保護3-保護4-保護6，一旦短路電流大于了保護3所承受范圍，就會造成保護4及保護6發生誤動作，也將擴大故障的停電范圍。

從上面各種分析可以看出來，一旦接入分布式電源之后，電流保護負面影響十分突出，一旦沒有將這個負面影響處理好勢必導致故障，進而造成大面積停電或者大面積局部電網奔潰。

2.2 影響重合閘裝置

為了預防出現瞬時性故障，許多配電網大都安裝上了重合閘裝置，一旦出現了故障重合站裝置就能夠快速重合，在極短時間內電網就可以恢復正常。這種裝置分為了后重合閘與前重合閘兩種裝置，前合閘裝置大都使用在35KV以下發電廠與變電站導出支配線路上，使用在電壓比較低配電網中，重合閘裝置示意如下圖：

圖2 重合閘示意圖

1）上圖之中如沒有接入分布式電源，一旦饋線2中出現了故障，保護4就會依照前面設定的自動切除故障線路，切除之后4分鐘左右重合閘就會自動啟動，保護4也就會自動重合，進而恢復了配電網正常運行。但是這種重合只針對瞬時故障而言。如果接入了分布式電源，一旦發生故障保護4確實會自動的切斷故障線路，但是分布式電源依然會輸送出短路電源，故障點就會產生持續電弧，極有可能將絕緣保護層損害掉，讓瞬時故障成為永久性故障；

2）如果線路中接入了分布式電源，饋線AC作為主電源與分布式電源在兩端同時供電，假如AC段發生了故障，要想徹底解決這種故障就要讓兩端短路保護器同時起作用，這樣才能夠徹底將電源切斷。可是要重合閘瞬間作用來恢復供電，必然涉及檢同期的問題，假如AC兩端功角擺開比較大，必然在AC段出現較大沖擊電流，該電流必然會給配電網與電器元件造成極大破壞，甚至還有可能造成火災等現象；

3）分布式電源還會對保護器與重合閘間配合造成破壞。如果沒有接入分布式電源，一旦負荷側出現瞬時故障，只需要重合閘發揮作用切除故障就能夠正常供電，保護器熔斷絲不會被熔斷。但是如果接入了分布式電源，一旦發生了故障必然會增大保護器中的電流，也會降低流過重合閘電力，當出現了瞬間故障熔斷絲就會比重合閘先發生作用，破壞了保護器和重合閘間的配合。

3 具體措施

3.1 安裝方向性的元件

按照分布式電源作為界限，在分布式電源兩則安裝上方向性的元件，用來保護對側的加裝斷路器。一旦線路的兩端功率引入出現一正一負之時，就能夠正常判斷出區域中的故障。但是對于電源下游線路，把分布式電源視為阻增電源，進而實現三段式的電流保護。有效降低了保護器誤啟動，確保兩個電源間供電上的一致性。

3.2 安裝故障限流器

直接將分布式進入電網中，必然會增大電路中的短路電流，出現誤動或者導致大面積局部停電，因此就要安裝故障限流器來降低故障。事實上，當正常運行之時故障限流器并沒有起作用，但是一旦發生故障之時就會起到阻抗電流，用來減弱短路電流。加入該電流屬于分布式電源，故障限流器起不了任何作用，使用中故障限流器可以用超導故障限流器來替代，加強抗阻作用。

4 結論

事實上，在利用分布式電源優勢同時也不能忽視對配電網繼電保護的影響，相關研究人員就要從使用現狀中分析，探析出影響繼電保護的各種因素，并有針對性的制定出改進措施，進而降低分布式電源為繼電保護造成的損害，確保供電網絡正常供電，同時也是分布式電源適應配電網的發展需要。

[1]王希舟，陳鑫,羅龍.分布式發電與配電網保護協調性研究[J].繼電器，2006(3)：15-19.

[2]溫陽東，王欣.分布式發電對配電網繼電保護的影響[J].繼電器，2008(1)：12-14.

[3]龐建業，夏曉賓，房牧.分布式發電對配電網繼電保護的影響[J].繼電器，2007(11)：5-8.

[4]吳博.分布式電源對配電網繼電保護的影響[J].電工電氣，2011(10)：30-33.