含DG配電網保護研究現狀分析

薛媛媛 張偉

摘 要：文章介紹并分析了根據故障時DG能否孤島運行，含DG配電網保護的三種運行方式。重點討論了改善含DG配電網保護的主要方案，多數方案是將DG看作恒功率電源，忽略DG的隨機性，具有一定局限性，因此，需要進一步研究適用于DG接入后的配電網保護方案。

關鍵詞：分布式發電（DG）；配電網；繼電保護

中圖分類號：TM77 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0055-02

Abstract： This paper introduces and analyzes three operation modes of distribution network protection， which are based on whether DG can run islanding or not when the fault occurs， and include DG protection. The main schemes to improve the protection of distribution network with DG are discussed in detail. Most of the schemes regard DG as a constant power supply and ignore the randomness of DG， which has some limitations. Therefore， it is necessary to further study the protection scheme for distribution network after DG access.

Keywords： distributed generation （DG）； distribution network； relay protection

引言

隨著分布式電源（DG）大量接入配電網，傳統輻射型配電網的拓撲結構發生改變，潮流方向不確定，給配電網電流保護帶來嚴重的影響，傳統的電力保護將會誤動作或拒動，因此，研究適用于DG接入后的配電網保護方案是十分必要的。

1 配電網保護運行方式

1.1 不允許孤島運行，在配電網動作之前將DG全部切除

當配電網發生故障時，所有DG在配網保護動作前切除。此時配網中所有的保護可以沿用原來的整定值，無需改變[1]。等DG切除之后，線路保護才動作，延長了線路保護動作時間，不利于故障的快速切除[2]。

1.2 不允許孤島運行，在配電網保護動作之后由反孤島保護將DG切除

如圖1所示，由保護2動作，斷開斷路器。DG1和下游線路組成孤島繼續運行，由反孤島保護切除DG1。保護2重合閘時間需要與DG1的反孤島保護配合，配網中的潮流以及短路電流大小和方向發生了變化[1]。

1.3 允許孤島運行，即不需要切除DG

如圖2所示，保護1和2動作，切除故障線路。此時DG、下游線路和負荷構成孤島運行。依據未發生故障前，系統和負荷的功率情況，調整DG的功率輸出，必要時切除部分的負荷[1][2]。

2 含DG配電網保護研究現狀

2.1 限制短路電流

文獻[3]采用故障限流器并合理選擇限流阻抗值，在短路時限制DG助增電流大小，并以阻抗值為參數修改保護定值[2]。但是當接入的DG較多時，FCL的整定值以及安裝位置會比較困難。文獻[4-7]都是外加裝置，不僅產生諧波，可能引起供電質量的惡化。

2.2 優化整定值

2.2.1 自適應電流/距離保護

文獻[8]驗證了自適應保護不受故障類型和運行方式的影響，優于傳統電流保護。文獻[9]通過軟件仿真驗證了基于故障分量原理的自適應電流保護算法的正確性。文獻[10]對DG上游的加裝的保護進行了距離II段保護的自適應整定。

2.2.2 智能算法

文獻[11]采使用模擬植物生長算法對DG接入配電網后的電流保護重新整定。文獻[12]采用了故障方向搜索算法和基于ANN的故障區段定位算法。文獻[13]通過離線潮流計算、短路計算得到的電流突變量和負序電流以及對應的故障，進行神經網絡訓練，完成對故障檢測和判別。

2.3 改進原保護方案

2.3.1 電流保護改進

文獻[14]提供2種饋線保護新方案：一是在原有方向電流保護的基礎上，構建一個通信單元，該單元包含DG上游每條饋線保護的I段與其下一級饋線保護的I段；二是在DG上游第一條線路始端裝設電流保護，并且在每段線路的末端裝設方向保護裝置[2]。文獻[15]給DG上游安裝方向縱聯保護，根據DG接入方式的不同，分別采用定時限或反時限過電流保護。

2.3.2 距離保護改進

文獻[16]，[17]提取站內的配電變壓器低壓側電壓來作為保護所需電壓，解決了10kV配電網一般采用地下電纜故而很少裝設電壓互感器（PT）的實際情況。

2.4 采用輸電網中的保護

2.4.1 縱聯保護

文獻[18]分析DG接入后，線路兩側功率方向可能會發生變化，采用正序故障分量方向元件后，可以避免誤判或漏判區內故障的發生。文獻[19]指出采用反映兩端電氣量比較的光纖縱聯保護，但是在原有保護不能滿足選擇性和靈敏度要求的情況下，以及隨著DG不斷并入電網、造成保護整定值頻繁改變的情況下方可。

2.4.2 暫態分量保護

文獻[20]通過故障后產生的故障暫態方向信號，輔以通信通道，實現故障的定位。文獻[21]通過比較線路兩端故障后的暫態電流信號極性，確定故障位置[2]。

2.5 基于廣域信息或多Agent的故障定位

文獻[22]提出自適應故障相關區域劃分方法。文獻[23]提出了分布式電流保護的基本框架和算法流程[2]。文獻[24]依據多代理系統（MAS），通過上、下級Agent之間的協作，完成故障關聯區段的搜索。文獻[25]利用各Agent和SCADA系統的通信功能之間的配合，交換不同地點之間的保護信息。文獻[26]提出了基于高級饋線終端單元的保護控制方案，可快速定位故障區域，隔離故障。

3 結束語

限制DG接入點故障電流方案接入FCL對原有保護的改動較少，但會產生諧波，可能引起供電質量的惡化。自適應保護和距離保護需對原有保護做出很大改動，改動成本高。采用多代理（Agent）智能保護方案依靠通信網絡來采集信息，可以實現保護的準確判斷，但成本較高，算法和通信具有較強的依賴性。未來配電網保護的發展，可以在傳統保護的基礎上，依靠智能單元和通信網絡，采用一定的優化策略，實現方案的經濟性和可靠性。

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