大規(guī)模分布式發(fā)電廠接入對配網(wǎng)保護的影響

李陸伊

摘要：因為分布式電源容量小、電壓低的特點，一般通過配電網(wǎng)中的變壓器直接與電力系統(tǒng)相連。分布式電源的并入使配電網(wǎng)從單電源輻射式的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p端或多端有源網(wǎng)絡(luò)。原原配電網(wǎng)保護和重合閘的設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)作相應(yīng)調(diào)整和改變。否則，分布式電源不能及時準確地排除電網(wǎng)故障，影響配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，損壞配電設(shè)備和電源。本文闡述了分布式發(fā)電的概念和特點，并重點分析了其對配電網(wǎng)絡(luò)保護的影響，希望可以為大規(guī)模分布式發(fā)電廠接入對配網(wǎng)提供理論參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：分布式;發(fā)電廠;配網(wǎng);保護;影響

1課題研究的目的和意義

分布式發(fā)電（Distributed Generation，簡稱DG）是指不同于集中式發(fā)電，遠距離傳輸和大型互聯(lián)網(wǎng)的傳統(tǒng)發(fā)電形式。它的功率在幾十千瓦到幾十兆瓦的范圍內(nèi)。它分布在負載周圍的清潔環(huán)保，經(jīng)濟高效，可靠的發(fā)電方式，可提供經(jīng)濟效益，如節(jié)約能源，切割高峰和低谷，延緩輸配電設(shè)備，減少線路損耗，提高電源的可靠性。

目前，我國中低壓配電網(wǎng)主要采用變壓器中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地，單側(cè)電源和輻射型供電形式，且區(qū)域間繼電保護和自動化水平總體水平不高。在這種情況下，分布式電源的并網(wǎng)運行將影響配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)中短路電流的大小，方向和分布，這將對配電網(wǎng)的運行和控制產(chǎn)生很大影響。

2分布式發(fā)電概述

分布式發(fā)電本身并不是我國早期的一種新型的小火電形式，在小型熱電工業(yè)中，用戶為了提高電力供應(yīng)的可靠性而安裝自己的電源都是分布式電源。然而，DG的學(xué)術(shù)定義仍然存在爭議。CIGRE委員會（CIGRE） DG的定義為：最大容量為50-100MW，通常與配電網(wǎng)絡(luò)耦合，并沒有統(tǒng)一調(diào)度和控制發(fā)電機。根據(jù)這一定義，包含數(shù)百個大型風(fēng)電場的接入傳輸系統(tǒng)并不是DG的一列。DG IEEE定義的小容量，系統(tǒng)可以在任何位置的電網(wǎng)發(fā)電機。許多定義DG，總體上基于兩個標準：容量和柵格電壓等級。DG的額定容量、IEEE EPRI CIGRE和其他國際組織撰寫報告的描述，但沒有共識三個，所定義的IEEE DG能力范圍的不到10兆瓦，DG能力范圍定義為幾kW-50MW EPRI之間，DG能力范圍CIGRE 50 - 100MW。DG從電網(wǎng)電壓水平出發(fā)，在國際上，包括大多數(shù)學(xué)者認為DG與配電系統(tǒng)耦合，在負載附近安裝與發(fā)電機的傳輸系統(tǒng)耦合。

分布式發(fā)電和配電網(wǎng)絡(luò)主接點，有很多優(yōu)點，但對整個電力系統(tǒng)的影響很大。首先，分布式電源對頭發(fā)的影響，傳輸系統(tǒng)是對新的集中式發(fā)電廠和輸電線路的需求將減少的距離;其次，對配電系統(tǒng)的影響將從根本上改變配電系統(tǒng)，即從原來的單端供電的徑向網(wǎng)絡(luò)成為多端口網(wǎng)絡(luò)，對配電網(wǎng)的保護和控制和管理將變得更加復(fù)雜;再一次，分布式電力系統(tǒng)，電力市場將產(chǎn)生深遠的影響。

在當?shù)厣a(chǎn)和使用電力或限制在當?shù)厥褂?，以實現(xiàn)經(jīng)濟、高效、可靠的發(fā)電是分布式發(fā)電的主要特點。由于負荷增長或需要額外的電力系統(tǒng)設(shè)施，DG延遲，以減少或避免投資于輸配電網(wǎng)絡(luò);用戶可以提供部分負載，特別是在峰值負荷時，可以降低用戶的總電費，并可為用戶提供應(yīng)急或備用電源，提高配電網(wǎng)穩(wěn)定性的可靠性和安全性。分布式發(fā)電可以有效地在負載區(qū)域配置，提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性，提高配電網(wǎng)絡(luò)的電壓和負荷功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的更新速度，提高電網(wǎng)的可靠性和經(jīng)濟性。在宏觀層面上，利用分布式發(fā)電和分布式技術(shù)，利用豐富的清潔能源和可再生能源，圍繞可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，具有重要的現(xiàn)實意義。

3 DG對配電系統(tǒng)保護的影響

分布式配電網(wǎng)絡(luò)接入后，對配電網(wǎng)的影響可能是正的，可能是負的，取決于分布式電源的運行特性?；钴S的角色主要是靈活、可靠的，包括：增加可用容量的分布式電網(wǎng)，硅谷已經(jīng)轉(zhuǎn)變了剪報的角色;大量的分布式電源，減少了對新建大型電廠的持續(xù)需求，節(jié)省了建設(shè)電廠和輸配電設(shè)備的投資;分布式發(fā)電更接近負荷，減少電網(wǎng)輸電損耗;分布式發(fā)電可以用負載島來運行。當系統(tǒng)失效時，分布式電源繼續(xù)部分負荷供電。這可以降低功率范圍，提高可靠性。

然而，也存在以下不利影響：分布式電源負荷預(yù)測電力系統(tǒng)的規(guī)劃和運行的不確定性較大，難以找到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)布局方案;分布式電源改變了配電網(wǎng)系統(tǒng)單向流動特性的趨勢，使趨勢無法預(yù)測，也產(chǎn)生了一系列電能質(zhì)量問題的可靠性，影響系統(tǒng)運行;故障電流級分布式電源系統(tǒng)的變化、持續(xù)時間和方向、沖擊保護的可靠性和安全性;未計劃的孤島系統(tǒng)可能是，用戶設(shè)備，維修人員傷害。

3.1 DG對配電網(wǎng)絡(luò)電流保護的影響

傳統(tǒng)配電網(wǎng)主要是單電源供電。徑向結(jié)構(gòu)，該配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，投資小，維修方便。DG接入配電網(wǎng)將改變電網(wǎng)原有結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)將對短路電流產(chǎn)生影響，其分布與保護之間。當配電網(wǎng)接入較大容量或更小容量DG時，DG由于交通分流分支，故障電流通過保護裝置后可能會減少，從而減少了保護保護的范圍。

當相鄰線路的DG反向電流由于沒有故障而導(dǎo)致跳閘時，DG對配電網(wǎng)的接入也可能是故障。行L2包含DG。如果線路L1故障，DG提供短路電流保護斷路器QF2故障電流通過總線檢測到故障點，如果超出保護設(shè)置，則動作跳QF2，將導(dǎo)致電源線路L2中斷，如圖1所示。

圖1 DG對變電站電流保護的影響

DG可以在電網(wǎng)的短路電流水平上改善接入，但可能會減少前者的單個分支，而不是短路電流DG接入;DG的位置和容量對短路電流分布和大小的分布網(wǎng)絡(luò)有顯著的影響，DG的接入可能會引起饋線故障。

3.2 DG對配電網(wǎng)絡(luò)自動重合閘的影響

80% -90%的配電網(wǎng)絡(luò)部分故障是暫時的。重新應(yīng)用程序提高系統(tǒng)的可靠性，減少維護工作量的網(wǎng)格具有非常重要的作用。當在徑向分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，在瞬態(tài)故障線路中重新重合快速恢復(fù)電力，不會對配電系統(tǒng)和損壞造成任何影響。接入DG的配電網(wǎng)，在故障后，DG仍可提供故障電流到故障點，當重合時，由于電網(wǎng)的原因，可能導(dǎo)致故障電流跳變，導(dǎo)致重燃點失效，導(dǎo)致絕緣故障，導(dǎo)致事故進一步擴大。DG接入也可能導(dǎo)致非關(guān)閉期。在配電網(wǎng)包括DG、DG和附近島嶼的電力負荷可能形成后，電力島很難與電網(wǎng)保持完全同步。在這段時間的電源供應(yīng)后，當兩相的相角差可能出現(xiàn)在任何一個位置時，就會重新重合。

異步關(guān)閉將對電流和瞬態(tài)過電壓產(chǎn)生較大影響，DG單元和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有明顯的損傷。

在多階段配電線路中，一般只在饋線頭端安裝適當?shù)闹睾涎b置，在饋線保護裝置上的任意點發(fā)生故障時，只要有選擇的瞬時動作，線路就斷開，然后通過重合來校正。如QF1， QF2在圖2所示。

圖2 DG對重合閘前加速的影響

4 結(jié)論

分布式發(fā)電作為未來電力系統(tǒng)中一種高效、清潔的發(fā)電方式將得到廣泛的應(yīng)用。然而，對大量分布式配電網(wǎng)絡(luò)的接入必然會深刻地影響流量分布網(wǎng)絡(luò)的大小和分布的短路電流的結(jié)構(gòu)和分布網(wǎng)絡(luò)，給配電網(wǎng)的保護帶來了廣泛的影響。為了提高配電網(wǎng)絡(luò)的可靠性和電能質(zhì)量，分析分布式發(fā)電對分布式網(wǎng)絡(luò)保護和行為的影響對分布式發(fā)電的推廣應(yīng)用具有一定的意義。

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