不同分布式電源位置對電流保護的影響分析

李軒

摘 要：分布式電源作為新一代的發電方式越來越受到人們的重視，并不斷地發展成熟。分布式電源除了具有環保節能，經濟靈活的優勢外，其接入也會對配電網的運行方式、電壓分布、繼電保護、穩定性以及安全性等一系列問題產生影響。

關鍵詞：配電網；分布式電源；繼電保護；系統潮流；光伏電池；輸出功率

分布式發電（DG-distributed generation）是一種新興的電力電源技術。分布式電源是指直接布置在配網或分布在負荷附近的功率為數千瓦至50 MW小型模塊式的、與環境兼容的獨立電源。DG包括功率較小的內燃機、微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池和風力發電等。分布式電源具有調峰、再生能源的利用、節省輸變電投資、降低網損、提高供電可靠性等效益。因此在我國城鎮中、低壓配電網中獲得了飛速的發展和越來越多的應用。而目前我國的中、低壓配電網主要是單側電源、輻射型供電網絡，分布式發電接入配電網后，輻射式的網絡將變為一種遍布電源和用戶互聯的網絡，潮流也不再單向地從變電站母線流向各負荷。配電網的根本性變化使得電網中電流保護定值和機理發生了深刻變化。為了提高配電網的供電可靠性和供電質量，本文通過公式推導、圖形對比，分析DG在不同位置對各電流保護及其動作行為的影響。

一、分布式發電的概念

美國1978年在公共事業管理政策中稱“為滿足特定用戶需要或支持現有配電網的經濟運行，以分散形式布置在用戶附近，發電功率為幾千瓦到五十兆瓦的小型模塊式且環境兼容的獨立電源”為分布式發電。這是分布式發電的一般定義。從廣義上講，分布式發電也可以指安裝在用戶附近的發電設施而不論這種發電形式規模的大小和一次能源的類型。曾經在不同的國家對分布式發電有過不同的叫法，例如，在英國，習慣叫“嵌入式發電”；在歐洲和亞洲部分國家習慣叫做“非集中式發電”；在北美習慣叫做“分散式發電”。

二、配電網絡繼電保護原理

電力系統繼電保護的基本原理就是找出正常運行與故障時系統中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），用一種原理來識別這些變化特征，且差別越明顯，保護性能越好。我國目前的配電網系統大多數是單側電源、輻射型配電網絡，一般配置有傳統的三段式電流保護，即：瞬時電流速斷保護（電流I段）、限時電流速斷保護（電流II段）和定時限過電流保護（電流III段），這三段保護相互配合，構成了主保護與后備保護，能夠反映線路各種故障。配電網存在中性點直接接地時，應裝設零序電流保護作為接地保護；其中性的采用非直接接地時，一般裝設動作于信號的單相接地保護；對于其單側電源的終端線路，一般采用反時限過電流保護，一般情況下，配電線路對配電網運行的安全穩定性的影響不大，允許限時切除故障，所以配電線一般采用簡單的電流保護或者距離保護為主保護；對于非終端線路，饋線保護一般采用三段式電流保護與其他保護相配合；對非全電纜線路，還相應配置了三相一次自動重合閘裝置，保證在饋線發生瞬時性故障時，快速恢復供電，提高系統供電的可靠性，然而，由于電纜線路的故障大多數是永久性故障，所以自動重合閘裝置對電纜線路不適應。

三、分布式電源并網位置對配電網絡電流保護的影響研究

分布式電源接入配電網絡后，使傳統的配電網絡從單電源輻射網絡變成了一個多電源網絡，從而改變了傳統配電網系統的網絡結構。當分布式電源接入后，其系統的潮流大小、流向和分布都將發生改變，傳統配網中的繼電保護和自動重合閘有可能要做出相應的調整，否則分布式電源會使配網系統無法快速地、準確地切除故障，進而影響電網系統和設備的安全穩定運行。

分布式電源接入配網系統后對其原有保護產生影響的一個關鍵因素是分布式電源并網的位置不同。本節著重分析不同位置引入分布式電源后對其過流保護的影響。下面現假設故障點位置固定，分布式電源接入位置變動時研究分析DG接入位置對流過保護電流的規律，通過建立系統發生三相故障的等值電路模型，分析計算分布式電源對電流保護的影響。提出基于對保護影響最小情況下的最佳并網次序方案，為保護定值整定和分布式電源接入配網的設計規劃提供一定的理論支撐。

在對配網分布式電源接入位置問題對配電網繼電保護的影響分析是基于系統故障時，短路電流不引起保護誤動和拒動的前提下，確保保護的選擇性和可靠性的基礎上進行的。通過對分布式電源接入后的系統的等效，根據電流保護的原理，忽略經濟因素和地理因素等，進行定量的理論推導和分析計算，基于分布式電源接入配電網后其繼電保護能可靠動作，確定配網系統接入單個后多個分布式電源容量范圍。通過研究分布式電源并網位置對保護的影響規律，提出了對保護影響最小的并網次序方案，為配電網絡繼電保護和為其引入分布式電源提供理論指導和參考方案。

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