淺談含分布式發電的配網中繼電保護問題

摘 要：分布式發電具有多樣化、環保、節能、高效等多方面的優越性而得到越來越廣泛的應用。本文對含分布式發電配網對繼電保護的影響做了分析，討論了有關含有分布式發電的配網繼電保護的優點和不足。

關鍵詞：分布式發電；繼電保護；配電網；孤島

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 24-0000-02

近年來，隨著科學技術的飛速發展，電力市場的開放革新和改善生活環境的要求，以新電源為代表的分布式發電（Distributed Generation，DG）在世界范圍內得到了快速發展并取得了廣泛的應用。由于分布式發電（DG）能源多樣化、環保、節能、高效等多方面的優越性，DG的引入有利于緩解緊張的用電形勢，減少傳輸損耗，提高供電可靠性，改善對環境的壓力，還可以充分利用多種形式的能源，具有較高的經濟效益和社會效益。

然而，隨著分布式發電不斷增加，對電網強度提出了越來越高的要求。傳統的配電網一般為單電源的放射狀鏈式結構，DG的引入使得配電系統從傳統的單電源輻射型網絡變成雙端甚至多端網絡，從而改變故障電流的大小、持續時間及方向，配電網潮流的不確定性等等，對電力系統繼電保護及自動化裝置的配置和動作整定帶來一定的難度，極有可能造成繼電保護及自動化裝置誤動或拒動。因此，有必要針對含有DG的配電網絡中繼電保護配置方案問題進行探討。

一、含分布式發電配網對繼電保護的影響

由于傳統配電網絡被視為無源網絡，電能從高壓通過輸電網絡輸送至用戶，輸電網只是電能的傳輸通道，不含有電源。而DG的引入打破了這種規劃設計，對傳統配網中繼電保護的配置產生影響。

一般來說，線路靠近母線的線路斷路器保護配置三段式電流保護（L1，L2），即：瞬時電流速斷保護、定時限電流速斷保護和過電流保護。除此之外，對非全電纜線路，需要配置三相一次重合閘，確保在瞬時性故障時，快速恢復供電。而對于不存在與相鄰線路配合的線路（如L3），為簡化保護配置，一般采用瞬時電流速斷保護加過電流保護組成的二段式保護，再配以三相一次重合閘的保護方式。然而，引入DG后，對原配網繼電保護的影響有：

（1）導致原配電網線路靈敏度降低，甚至拒動。如圖1，當DG下游K1點發生故障時，原線路故障點的短路電流只由系統提供。當DG引入后，易知DG將對系統各方向提供電流，從而增大L3處電流并減小L1處電流。這將提高L3處保護的靈敏度，卻降低了L1處保護的靈敏度，嚴重時甚至導致其拒動。

（2）導致原配電網線路誤動。如圖1，當系統側K2處時，原線路的L1處保護感受不到故障電流。DG引入后，本線路的保護將感受到DG提供的故障電流，由于L1處保護沒有經方向閉鎖，將會造成線路誤動。

（3）導致原配電線路失去選擇性。如圖1，當10kV母線其他線路K3處發生故障時，原線路故障電流從母線流向L2，L1處保護感受不到故障電流。DG引入后，不僅增加了L2的故障電流，可能造成L2處電流速斷保護誤動，而且線路L1也會流過故障電流。可能造成L1誤動失去選擇性。

此外，還會造成重合閘重合不成功，非同期重合，系統容量變化波動較大，反時限電流繼電器及熔斷器保護變化等問題。因此，為了配電網運行的安全可靠與分布式發電的有效利用，有必要探討含分布式發電配網中繼電保護技術問題。

二、分布式發電配網中的繼電保護技術

由于大量DG為私有，而且DG的滲透率呈不但上升趨勢，但是電網無法完全控制其投入或切除，也無法決定其保護與電網的保護相配合，這使得傳統的繼電保護整定和配置變的更加復雜且不能保證保護的性能。目前，國內外現行的并網運行規程，大都是考慮了并網不影響原有的配電網保護控制系統正常工作的原則提出的，要求DG在配電網發生故障時，必須迅速退出配電網以保證配電網繼電保護正確動作。雖然這樣做在一定程度上緩解DG對電網的影響，但是并不利于DG向大容量化發展，不利于充分發揮DG的優勢。

（一）加裝短路限流器

為了限制分布式發電準入容量，可通過增加故障電流限制器解決。如果在分布式發電接入點加裝串聯電抗器，可以將短路電流限制在設定值下，并使短路電流大幅降低，但是高阻抗電抗器會使正常運行的電壓產生影響。

短路限流器是在串聯阻抗器限流的基礎上發展而來，正常工作時，限流阻抗器并聯投入，限流阻抗器對線路幾乎無影響。當故障發生時，并聯支路退出，限流阻抗器立即自動插入回路限流。然而，在一定程度上限流器對分布式發電的選擇性和靈敏性產生影響，整定配置較為復雜。

（二）防孤島檢測

如圖1所示，含有DG的線路（如L1）因故障而跳開后，DG將因失去與系統的連接而成為孤島。所謂孤島現象是主電網斷開的情況下分布式發電系統繼續向本地負載供電的情形。但是孤島中的電壓和頻率無法控制，可能會對用戶的設備造成損壞；孤島中的線路仍然帶電，可能會危及檢修人員的人身安全，孤島很難保持與電網的同步，如果非同期重合可能對旋轉發電機等設備造成危害等。

一般認為主電網斷開，應及時對孤島系統采取相應的調控措施。IEEE 1547標準中規定，在電網故障后，分布式電源應在重合閘動作之前停止向電網供電，保證DG不再向帶有自動重合閘裝置的電網輸送電能。因此，實際電網系統中的分布式發電裝置必須具備反孤島保護的功能，即具有檢測孤島效應并及時與電網切離的功能。目前，基于逆變器并網的孤島檢測保護的檢測分為被動檢測法和主動檢測法.如圖2。

被動檢測是利用電網斷電瞬間，逆變器輸出功率與局部負載功率不平衡造成的逆變器輸出端電壓值和頻率變化作為孤島效應檢測的依據。其具有檢測方法簡單，對系統運行無干擾等優點。但是如果在電網停電的瞬間，逆變器輸出功率與局部負載功率達到平衡，該方法將失去作用。主動檢測是在系統工作中，對逆變器輸出電流、頻率或相位施加一定的干擾信號，并對其進行檢測。主動式檢測方法具有精度高，檢測盲區小的優點，但當局部電網存在多個分布式能源系統時，主動式檢測效果下降，嚴重時甚至無效。

三、結束語

現行電網的繼電保護配置無法滿足含DG配網接入所帶來的問題，然而，以上幾種方法雖在一定程度上解決了DG的問題，但是各有缺陷不足。隨著分布式電源的自身優越性和迅猛發展，特別是高滲透分布式發電并網將會成為未來的發展趨勢，這就要求我們深入研究這種電網方式，開發具有自適應功能的繼電保護，加強分布式發電保護與配電網保護的相互配合，將是值得深入研究的問題。

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[作者簡介]岳鵬（1987-），男，河南新鄭人，助理工程師，在職研究生在讀，研究方向：電氣工程及其自動化。