主動配電網(wǎng)繼電保護的影響因素分析與研究

摘 要：主動配電網(wǎng)的保護問題需要引起充分重視，其內(nèi)部存在許多分布式電源及其運行方式的多樣性可能引起保護裝置拒動、誤動以及重合閘失敗等問題。文章圍繞主動配電網(wǎng)保護影響因素進行分析，包括分布式電源和儲能設(shè)備、故障時分布式電源的隔離策略、不同的控制和運行模式等。

關(guān)鍵詞：主動配電網(wǎng)；分布式電源；繼電保護；影響因素

1 概述

隨著新能源開發(fā)利用力度的不斷加強，分布式發(fā)電技術(shù)也得到快速發(fā)展。由于傳統(tǒng)被動式配電網(wǎng)對分布式電源的吸納能力有限，為了進一步提高電力裝備的利用率以及配電網(wǎng)對新能源的滲透率，因而主動配電網(wǎng)技術(shù)逐漸成為在可預(yù)測未來的發(fā)展方向。同時，主動配電網(wǎng)也隨著智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展，并是其發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，主動配電網(wǎng)可配置較高比例的可控分布式電源，其網(wǎng)絡(luò)拓撲相對靈活，并建有集量測、控制與保護系統(tǒng)一體化的具有協(xié)調(diào)優(yōu)化管理功能的管控中心。

2 主動配電網(wǎng)繼電保護的要求

主動配電網(wǎng)已逐漸成為第三代電網(wǎng)，由于其內(nèi)部雙向潮流問題和主動管理模式，其繼電保護與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比有著明顯的區(qū)別，主要為表現(xiàn)為以下幾個方面：（1）主動配電網(wǎng)在運行過程中，其內(nèi)部分布式電源通常以并網(wǎng)和孤島方式運行，兩種不同的運行模式其采用的網(wǎng)絡(luò)拓撲也不相同，從而其短路電流方向和大小也有區(qū)別，并且差異明顯；（2）主動配電網(wǎng)在管理和控制上的主動性以及需求側(cè)響應(yīng)等特點使其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，錯綜復(fù)雜，同時分布式電源接入點比較分散，電力用戶的用電模式多樣，然而與配電系統(tǒng)的互動性增強；（3）由于大量的分布式電源接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也通常由輻射狀單端型供電網(wǎng)絡(luò)逐漸變成變成多端供電網(wǎng)絡(luò)，因而傳統(tǒng)的無方向的三段式電流保護不再適用于主動配電網(wǎng)；（4）在發(fā)生故障后，分布式電源和儲能設(shè)備與主動配電網(wǎng)之間的不同隔離策略直接影響其繼電保護裝置。在主動配電網(wǎng)與分布式電源隔離策略以及配電網(wǎng)運行方式不同時，滿足保護無論是在分布式電源并網(wǎng)運行模式還是在孤島運行模式，無論負荷側(cè)的需求如何響應(yīng)，都應(yīng)具有對故障高度適應(yīng)性的識別處理能力、對其故障的快速檢測能力，并能有效保證繼電保護裝置具有靈敏性、選擇性和可靠性等要求，也是對主動配電網(wǎng)繼電保護的基本要求。

3 分布式電源和儲能設(shè)備對繼電保護的影響

由于分布式電源和儲能設(shè)備的接入配電網(wǎng)，其初始的拓撲結(jié)構(gòu)將發(fā)生相應(yīng)變化，同時分布式電源出力的波動性和隨機性，將會引起故障電流的方向和幅值發(fā)生改變，然后導(dǎo)致保護誤動作、拒動作、故障水平變化與非同期重合閘。中壓配電網(wǎng)的傳統(tǒng)故障處理方法一般并沒有考慮分布式電源與儲能設(shè)備接入，譬如配電網(wǎng)故障段自動隔離、自動重合閘以及潮流轉(zhuǎn)移等基本操作，但是接入分布式電源將會影響這些操作的安全性和可靠性。由于分布式電源的接入，饋線發(fā)生故障后，若自動重合閘裝置不能實現(xiàn)同期合閘將會破壞分布式電源，從而引起整個電力系統(tǒng)的震蕩。此外，在配電網(wǎng)潮流發(fā)生轉(zhuǎn)移時，其內(nèi)部接入的各種分布式電源可能引起饋線的短路電流超過限值。在配電網(wǎng)瞬時故障后，若分布式電源并能實現(xiàn)及時斷開，則重合閘操作將會引起大電流或者導(dǎo)致逆變器出現(xiàn)跳閘。

4 隔離策略對主動配電網(wǎng)繼電保護的影響

分布式電源與主電網(wǎng)之間的隔離策略，即主動配電網(wǎng)發(fā)生故障時，分布式電源與配電網(wǎng)之間的連接點保護動作最優(yōu)化策略。根據(jù)主動配電網(wǎng)中故障位置的不同，可將并網(wǎng)點保護分為三類，即分布式電源側(cè)的保護、系統(tǒng)側(cè)的保護和反孤島保護。根據(jù)被動式控制技術(shù)，配電網(wǎng)發(fā)生故障時分布式電源應(yīng)退出運行，從而驅(qū)除分布式電源和儲能設(shè)備對保護產(chǎn)生的影響；當配電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時，若分布式電源并網(wǎng)點處不動作，則在主動配電網(wǎng)中其分布式電源將以故障穿越模式運行，然而原有保護裝置并不具備方向識別能力，從而可能引起故障長時間存在，最終導(dǎo)致更為嚴重故障。當配電網(wǎng)中某位置發(fā)生故障時，應(yīng)根據(jù)具體情況，可允許分布式電源維持對非故障區(qū)域內(nèi)重要負荷保持連續(xù)供電。可見，在保護整定前，需全面考慮隔離策略對保護引起的影響。

5 不同控制模式對主動配電網(wǎng)保護的影響

分布式電源、負荷、儲能設(shè)備以及其他電器設(shè)備的配合使用與協(xié)調(diào)控制，可有效提高主動配電網(wǎng)供電的可靠性，并能顯著增強配電網(wǎng)對新能源的吸納能力。因而主動配電網(wǎng)一般采用三種控制模式，如集中式、分散式和混合分層式。當其處于集中式控制模式下，各測量點將所測電氣量實時發(fā)送至配電網(wǎng)中央控制器，然后由中央控制器向各個配電區(qū)域內(nèi)的電源、負荷、儲能以及其他中間設(shè)備分別傳遞控制指令，從而維持主動配電網(wǎng)正常運行，顯然該控制模式的可靠性相對較差。分散式控制模式對配網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力較強，配電網(wǎng)中的各種設(shè)備其規(guī)模幾乎不受限制，本地控制器根據(jù)本地數(shù)據(jù)信息，然后再與相鄰設(shè)備傳遞過來的數(shù)據(jù)進行對比分析，最后發(fā)出控制指令。混合分層式，其是最有應(yīng)用前景的主動配電網(wǎng)管理模式，該模式采納多層次管理結(jié)構(gòu)，并幾乎全部具有集中式和分散式的共同優(yōu)點。其中處于控制結(jié)構(gòu)最高層的為能量優(yōu)化管理層，其中間層根據(jù)上層傳遞命令，計算得最優(yōu)運行參數(shù)然后傳遞至底層控制器，最終實現(xiàn)對主動配電網(wǎng)的有效管理和控制。

6 不同運行模式對主動配電網(wǎng)繼電保護的影響

主動配電網(wǎng)可采用分布式電源聯(lián)網(wǎng)和孤島運行兩種模式，而其孤島又可進一步劃分為計劃孤島和非計劃孤島兩種模式。當配電網(wǎng)以孤島模式運行時，若其內(nèi)部出現(xiàn)短路故障，其分布式電源的逆變器保護將會立即動作，并且逆變器本身采用的限流措施也限制分布式電源產(chǎn)生的短路電流。以并網(wǎng)模式運行時，分布式電源和主電網(wǎng)均向故障點提供短路電流，因此其故障特性與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相似。然而以孤島模式運行時，由于控制方式的不同，逆變器也會出現(xiàn)限流效用，從而使其不能顯著增加故障電流。針對這種現(xiàn)象，由于電流的變化而引起動作的過電流保護，使得繼電保護很難準確可靠動作。

7 結(jié)束語

本文基于保證主動配電網(wǎng)系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性，首先闡述了對主動配電網(wǎng)繼電保護的基本要求，然后重點介紹主動配電網(wǎng)其繼電保護的影響因素，主要分別包括分布式電源和儲能設(shè)備、故障時分布式電源的隔離策略、不同的控制和運行模式等因素對主動配電網(wǎng)保護的影響。

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作者簡介：王少峰（1984-），男，江西省上饒人，工程師，畢業(yè)于上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，現(xiàn)研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護。