分布式電源并網保護研究綜述

代仲

【摘要】：隨著國際社會對于能源短缺問題的日益關注以及人們對于環保事業的不斷重視，分布式電源（DistributedResources，DR）在世界各國的發展都十分迅速。分布式電源指的是直接布置在配電網或者分布在負荷附近的電源，其發電規模一般不大，包括分布式發電設備與儲能裝置。傳統的配電網是一個功率單向流動的無源網絡，而大量DR的接入對傳統配電網的拓撲結構、運行規程、控制方式和保護配置等都提出了很大的挑戰。鑒于此，文章針對分布式電源并網保護進行了分析，以供參考。

【關鍵詞】：分布式電源并網保護

1、導言

隨著經濟的不斷發展，電力供應在日常生活中的重要性日益明顯。電力作為一種清潔的能源，不僅可以解決能源短缺問題，還可以幫助解決日益嚴峻的環境保護問題，因此，人們對電力的需求也越來越大。經過這些年的不斷發展，我國基本形成了規模巨大的集中式大電網，電力需求也在一定程度上得到了滿足。但是，大電網的缺點也是明顯的，那就是一旦發生故障，影響是巨大的，因此，需要尋求新的方式作為大電網的補充和改進。

2、分布式電源的種類和特點

分布式電源是微電網中十分重要的一個組成部分，其自身的種類也非常多，根據不同的劃分方法可以將其劃分為不同的種類。根據能源的不同特性，可以將分布式電源劃分為間歇性電源、連續性電源和儲能裝置；根據能量的來源，可以將分布式電源劃分為水電、火電、風電、太陽能發電等；根據具體的使用設備來劃分，則有水電機組、火電機組、風電機組、光伏電池、燃料電池、蓄電池等。這些分類也不是單一的，比如間歇性電源就包括風電和太陽能發電等，連續性電源就包括水電、火電以及燃料電池等，儲能裝置則包括蓄電池、超級電容器等。

分布式電源的種類雖然很多，但是一般都具有這樣的一些特點：與傳統電源相比，分布式電源的能量輸出有限，因此當負荷發生突變時，其過載能力不足以滿足要求，所以通常需要設置一定容量的儲能設備，以保證微電網內能量的平衡；分布式電源的輸出頻率一般各不相同，需要通過一定的整流設備將其頻率進行相應的轉換，統一后再接入母線；對間歇性分布式電源而言，由于存在不可控的外在條件，其輸出功率是不可持續的，因此需要在這些系統中安裝一定的儲能設備，作為后備電源；分布式電源的分布廣泛，使用起來方便靈活。

3、并網保護定義及功能分析

3.1并網保護的定義

本文將DR并網保護定義為：安裝于PCC處的繼電保護措施，能夠檢測到主電網側（系統側）和DR側發生的故障和其他各種異常情況，并及時將DR與主電網隔離，避免危及主電網的正常運行或者損壞DR裝置。并網保護包括防孤島保護、故障保護以及其他異常保護。

對于直接接入到110kV及以上輸電網絡中的DR，其并網聯絡線已配置了完善的保護系統，不需要專門的并網保護。因此上述并網保護主要針對接入35kV及以下電壓等級的分布式電源；并網保護既不同于DR的發電機保護，也不同于配電網饋線保護，本質上是一種接口保護。上述幾類保護的關系可見圖1，其中包括斷路器A?D，并網保護安裝于PCC的電網側，一般在并網變壓器的高壓側。當DR單獨接入系統時，并網保護功能可與DR的發電機保護功能集成在同一套保護裝置中，也稱為intertieprotection。隨著并網容量的增加，DR通常以集群或微電網的方式接入配電網，且常包含嵌入負荷，此時則要求在PCC處配置獨立的并網保護，稱為interconnectionprotection。這樣，電網公司可以無需關注DR自身的保護配置，只對并網保護提出要求，從而簡化保護配合，適應今后大量DR在多種層級的接入要求；在標準IEEE1547中，從反映系統側故障、防孤島以及電能質量等幾個方面，給出了并網保護的核心功能要求。顯然上述要求都是站在電網的角度考慮并網保護的功能。

3.2并網保護的功能

3.2.1防孤島保護

當DR與公共電網失去電氣連接時，出于系統運行、人員設備安全以及電能質量等考慮，目前世界各國的并網標準都要求DR立即退出運行。導致孤島的原因有2類：一類因故障跳閘；另一類因非故障開關操作，包含人為誤操作。這里需要說明PCC處的防孤島保護與DR自身防孤島保護的關系。不同類型的DR，其防孤島保護的配置要求有所不同。對于變流器型DR，標準明確規定其控制器中需具備孤島檢測能力；對于不具有自勵磁能力的感應電機型DR，其不具備孤島運行能力；而同步電機型DR本身已配置有電壓/頻率保護，當孤島內有功、無功不能平衡時，機組會自動退出運行。因此同步電機和感應電機型DR不要求設置防孤島保護

3.2.2故障保護

首先，DR的接入改變了配電網的短路電流幅值和分布特征。兩個典型的影響是，如果DR的PCC位于饋線保護與故障點之間，那么該DR的“屏蔽效應”會使流過饋線保護的短路電流變小，從而可能導致饋線保護拒動；而如果DR的PCC位于非故障饋線，則可能導致該饋線保護誤動。為了減少對配電網保護的影響，要求并網保護在配電網發生故障時能夠快速動作以切除DR。其次，架空線路故障主要為瞬時性故障，提高重合閘的成功率能夠顯著提高供電可靠性。但是當配電網故障時，DR的持續供電會使變電站或饋線重合閘的檢無壓重合失敗；即使滿足檢無壓重合條件，DR持續提供的短路電流還會阻礙故障點滅弧而導致重合失敗，使瞬時故障變為永久故障。所以，并網保護必需在饋線重合閘動作之前及時退出DR，另外還可以采用兩種解決方法：一種方法是改進并網保護原理，如綜合采用電壓、頻率等多種判據；另一種方法是改造配電網保護，如按雙側電源要求完善饋線保護配置，并對配電變電站或開關站的母線保護進行校驗，若不滿足要求則配置快速母線保護。這樣配電網的故障可由饋線保護或母線保護快速切除，從而縮小并網保護所需反映的故障區域。

結論

綜上所述，為使大量DR能夠友好地接入配電網，IEEE、CIGRE等國際組織和歐美國家都在積極制訂并網標準。在PCC處配置并網保護是使DR滿足并網標準的重要繼電保護措施。并網保護的功能主要包括故障保護、防孤島保護以及檢同期重合閘等。并網保護既不同于DR的發電機保護，也不同于配電網饋線保護，本質上是一種接口保護。所以，并網保護不僅要考慮保護設備和人員安全，還要充分考慮與配電網保護、重合閘以及DR發電機保護的配合關系。而隨著DR大規模的接入，并網保護還需計及配電網擾動時DR對系統的支撐作用。

【參考文獻】：

[1]李黎.分布式發電技術及其并網后的問題研究[J].電網與清潔能源，2010，02：55-59.

[2]王浩，沈倩，李曉琦，李廣，張金堂.分布式電源并網后保護配置與管理探討[J].山東電力技術，2015，09：42-45.

[3]李春杰，奚云飛.分布式電源并網后保護及安全自動裝置配置方案探討[J].科技資訊，2013，33：101-102.