含分布式光伏電源的配電網繼電保護分析及研究

侯 洋，朱文明，夏天雷

（國網江蘇省電力有限公司 常州供電分公司，江蘇 常州 213000）

0 引 言

隨著電力系統不斷發展，配電網運行質量受到了更多的關注。分布式電源本身是多電源共同工作的復雜網絡模式，為了更好地落實配電網信息運行管理要求，需要對繼電保護系統予以控制，從而在優化電能質量的同時，維持系統運行的穩定性。

1 光伏并網系統

1.1 光伏電池輸出特性

光伏電池是結合光生伏特效應中光能轉變為電能而研發的基本裝置，主要包括光生電流源、并聯二極管、并聯結電容、串聯電阻以及并聯電阻等。單個光伏電池電路模型如圖1所示[1]。

圖1 單個光伏電池電路模型

圖1中：Is表示光照過程中產生的光生電流；Io表示二極管運行中產生的結電流；C表示光伏電池的結電容；Rs表示串聯電阻；Rp表示并聯電阻。借助電阻和輸出電流參數之間的關系來評估負載電阻的運行狀態，從而更好地構建光伏電池輸出特性的數學模型[2]。

1.2 自適應電流速斷保護

自適應電流速斷處理環節中，以系統運行狀態和故障類型作為依據，開展定值實時性在線整定，結合保護線路末端短路電流進行電流整定值的計算分析。自適應電流保護等效分析模型如圖2所示[3]。

圖2 自適應電流保護等效分析模型

相較于傳統的單電源輻射狀電網處理模式，自適應電流速斷保護處理模式能大幅提升保護效能和可控化管理水平，構建更加完整的保護處理機制，減少電能消耗的同時，建立更加完整的應用平臺。在分布式光伏電源接入到配電網后，配電網結構本身會發生較大的改變，從單電源結構轉變為多電源結構，要結合自適應電流的應用控制模式準確評估等效電源和等效阻抗參數，更好地分析接入配電網自適應電流速斷保護要求，從而開展相應的處理工作[4]。

2 分布式光伏電源對配電網保護產生的影響

分布式光伏電源的應用不僅改變了配電網的基礎結構，還使得一些功能性處理環節受到制約，其中重合閘、短路電流等都會受到影響。此外，分布式光伏電源的應用會造成配電網出現孤島運行、逆向潮流等問題，影響運行管理的基本水平[5]。

2.1 影響重合閘

電力系統應用重合閘的范圍在不斷擴大，含有分布式光伏電源的配電網在獨立運行狀態下一旦出現故障，所需電能一般都是借助分布式光伏電源予以供應，此時無法進行重合閘處理。此外，分布式光伏電源出現跳閘問題后會造成電弧無法實時性熄滅，也使得自動化重合閘操作不能順利落實。自動重合閘本身是在配電網突發故障后實現供電恢復，而在分布式光伏電源接入后，重合閘的工作受到限制，要進一步考量雙邊電源同步和時間配合問題才能發揮作用[6]。重合閘斷路器實物如圖3所示。

圖3 重合閘斷路器實物

2.2 影響短路電流

分布式光伏電源接入配電網系統后，一旦電路出現短路現象，短路電流無法進入預估范圍內。短路電流參數與分布式光伏電源運行狀態、故障位置等相互關聯，分布式光伏電源接入數量越多，整個電路系統繼電保護控制工作的難度越大，短路電流判定也會更加復雜。

2.3 影響系統運行

相較于傳統配電網故障現象，分布式光伏電源接入后會將供給到配電網的能量予以分離，一旦出現儲量不足的問題，就無法更好地應對額外增加的電量負荷，必然會造成過載現象，甚至會直接制約整個配電網運行效果，出現電路系統停機等問題。孤島運行模式一旦形成，會對工作人員的安全和線路設備的運行穩定性產生嚴重影響[7]。

2.4 影響潮流

當配電網中接入分布式光伏電源后，逆向潮流的概率也會隨之增加，尤其是容量超標的情況下，容量參數超出電路系統需要電能，配電網的潮流方向必然會發生改變。相較于傳統配電網電源輻射結構電流方向的可控化處理，分布式光伏電源的接入使得原有的配電網結構發生改變，要想進行故障評估，就要全面分析電路狀態。

3 含分布式光伏電源的配電網保護建議

結合實際應用要求和控制內容，建立健全安全可控的技術處理機制，打造規范化保護模式，從而實現經濟效益和安全效益和諧統一的目標。

3.1 限制容量

根據含分布式光伏電源配電網的應用管理要求，實際作業中因無法對電路故障后的情況進行集中管理，若是不能及時將分布式光伏電源從配電網中移除，可以采取限制分布式光伏電源結構應用容量或降低容量參數占比的方式，在可靠性處理和控制工作并行的基礎上，集中進行光伏電源接入數量和組合方式的匯總，確保相應的保護體系更加貼合實際管理需求，提升限制處理工作的合理性和規范性[8]。

3.2 合理應用故障潮流器

為了更好地提升繼電保護控制管理的基本水平，要結合線路的具體要求和運行標準，設置可控化故障潮流器。可控化故障潮流器能夠更好地降低故障時配電網中的配電電流參數，確保配電網運行控制的穩定性。

3.3 多代理系統保護

隨著科學技術的不斷發展，為了更好地提升含分布式光伏電源的配電網繼電保護質量，需要充分發揮數字化技術的優勢，構建完整的可控化管理體系，確保配電網中各部分狀態信息采集和匯總工作的順利落實，最大程度上提高故障電流數據分析工作效率[9]。

一方面，利用多代理系統準確判定故障發生位置和相應的基本信息，利用信息匯總和信息共享的處理模式，輔助故障排除工作的順利開展。另一方面，借助故障分析和網絡設備狀態信息提取等模塊，及時進行電路故障的處理和控制，配合可信度較高的通信網絡更好地提高系統運行效率。

3.4 距離保護

在滿足高電壓等級復雜電路運行要求的同時，利用快速選擇性切除故障元件的方法確保距離保護工作順利落實。在分布式電源容量增加后能更好地發揮距離保護的作用，利用多邊形特征阻抗繼電器更好地提高電阻阻斷水平。

3.5 強化和規范并網

結合分布式光伏電源應用控制的基本要求，規范具體的并網管理內容。供電企業要在明確相關部門分工和任務要求的同時，進一步劃定業務范圍和內容，明確工作基本流程，確保分布式光伏報裝、抄表結算以及用電檢查等工作都能踐行專業化管理規范。其中，低壓分布式光伏業務要進行屬地化辦理。

此外，要提高業務受控管理水平。定期對備案且長期不施工的客戶予以意愿動向調研，有效落實階段性管理控制工作，嚴格控制服務時限的同時，按照時限進行并網流程的管理，保證集中備案。結合配電網運行管控工作的基本需求，踐行規范化管理模式，確保并網管理工作都能在可控化管理體系內。結合分布式光伏電源并網服務管理規范的相關內容優化接入評估機制，提高綜合管理控制的基本水平，實現多元化管理目標，引導光伏電源選址、定容等工作順利落實[10]。

4 結 論

開展分布式光伏電源的配電網繼電保護控制工作時，要著重關注分布式光伏電源對配電網運行管理產生的影響，結合具體情況采用更加規范的處理機制，提高繼電保護處理水平，維持良好的運行效能，從而為配電網可持續健康發展奠定堅實基礎。