分布式電源對配網繼電保護的影響

劉錦文，孫 帆

（國網江蘇省電力有限公司盱眙縣供電分公司，江蘇 淮安 211700）

0 引 言

生態環境的不斷惡化和常規一次性能源的短缺，直接影響現代電力系統發展，多次大停電事故也對傳統發電模式的安全性提出嚴峻挑戰。在此背景下，風力發電和光伏發電等可再生能源為代表的分布式發電技術開始成為電力行業領域關注的重點，分布式電源也開始在配電網中得到應用[1]。為確保能夠合理使用分布式電源，保證配電網的優勢和價值可以得到充分發揮，需要對分布式電源的應用及其應用效果展開研究。

1 分布式發電技術

分布式發電是未經規劃或中央調度型電力產生模式，通過和配電網進行連接的方式展開應用。現階段，分布式發電主要在非常靠近近端負載或低壓電網中接入小型發電設備的位置進行使用，分布式發電技術集地熱能發電技術、太陽能發電技術以及風力發電等多項技術于一體，能有效利用太陽能和風能等多種能源，形成科學互補[2,3]。

在電力系統中，分布式電源承擔系統基本負荷。分布式發電技術包括儲能裝置、光微型渦輪發電機以及內燃發電等，按照所使用一次性能源類型，分為可再生能源發電、石燃料發電以及電化學裝置發電3 種類型[4]。分布式發電技術的應用能夠為可再生能源的使用產生積極作用，更加有利于控制環境污染問題，屬于清潔型發電模式，是社會今后重點關注的發電技術。

2 分布式發電的優勢分析

分布式發電所具有的優勢主要集中在以下幾個方面。一是分布式發電系統能夠在電站中處于相互獨立的狀態，用戶能夠根據自身需求進行靈活控制，并不會造成大規模停電事故，實現有效提高系統運行安全性和可靠性的目標。二是分布性發電模式可以解決大電網安全運行穩定性不足的問題，能夠在意外災害發生時保證電力系統可以處于持續性供電狀態，是集中式供電中的重要補充內容。三是可以通過對區域電力性能和質量進行實時監控的方式，為中小城市和農村等地區居民進行供電，妥善解決環保問題。四是整體輸配電的損耗量相對較低，甚至能夠通過合理處理達到損耗為零的狀態。不需要設置配電站，就可實現有效控制輸配電成本和附加成本的目標；土建和安裝成本也相對較低，整體經濟性價值較高。五是能夠滿足慶典、集會等特殊場合供電的需求，可以使用移動分散式發電車進行供電。六是調峰性能較為理想，整體操作相對較為簡單，且因為參與運行的系統相對較少，能夠達到快速啟停的效果，可以實現全自動運行[5]。由于分布式發電能夠作為大電網以及遠距離電網供電模式補充，其具有的社會效益和經濟效益是不可估量的。將分布式電源接入配電網中是今后配電網發展的主要模式，值得進行深度探討。

3 配電網繼電保護要求分析

電力系統繼電保護需要保持相互協調和相互制約的狀態，確保電力系統能夠在不同環境下平穩運行，具體要求主要包括：一是選擇性，如果電力系統出現故障，則需要及時剔除故障元件，保證停電范圍控制在最小范圍內，避免造成大規模停電。保護裝置需要在發生動作時有選擇性地將故障元件從電力系統中切除，確保除故障部分外的其他部分能夠順利運行，最大限度節省人力物力資源。二是快速性，保證用戶處于低壓狀態，時間能夠被控制在合理范圍內，并嚴格控制故障部分的損壞程度，盡量減少受影響群體，快速完成故障排除工作，不會對電力系統的運行造成不良影響。三是保護裝置需要具備一定的靈敏程度，能夠在受保護區域發生短路等故障時，不受系統運行方式和短路點形式等因素的干擾，靈活反應，充分發揮保護裝置的保護功能。四是可靠性，在保護區發生故障時，需要按照相關規定要求，第一時間做出反應，采取相應保護措施，并且在保護期沒有發生故障的狀態下不會出現誤判或者誤動作等問題，充分發揮保護裝置的應用優勢[6-8]。

4 分布式電源對于繼電保護所產生的影響探究

4.1 電流保護方面的影響

在配電網中接入分布式電流后，供電系統會由傳統單電源供電模式逐漸向多種電源供電模式進行轉變，如果母線尾部存在一定問題，則會造成分布式電源和原有配電網出現短路狀況，導致配電網無法正常運行。為保證配電網的運行安全性，繼電保護裝置會通過自動斷電方法對故障電源進行處理。由于原配電網中短路電流量較大，此時進入電網容易造成設備損壞問題，而且系統電壓相對較低，在低電壓狀態下電機容易發生跳閘，其余運行裝置也會受到不同程度的干擾。如果母線發生故障，原配電網和分布式電源并不會出現明顯特征，但分布式電源整體電壓相對較小，如果其處于長期供電狀態，很容易造成線路電壓急劇下降，導致配電網供電系統發生部分坍塌問題，甚至造成整體配電網喪失供電能力，無法安全、持續地供電。

4.2 繼電保護誤動或拒動

現有配電網的電力系統主要以單方向電流運行模式為主，如果配電網出現異常狀況，產生的故障電流會影響配電網電源的正常工作。在接入分布式電源后，出現異常狀況會使線路中形成附加電流，不僅會對繼電保護裝置的判斷精準度產生影響，還會導致其在運行過程中出現誤動或者拒動狀況，對保護功能的發揮產生嚴重干擾。研究發現，將分布式電源接入配電網后，配電網靈敏度和可靠性均會得到顯著提升，但需要對繼電保護方面的負面影響問題進行妥善解決。

4.3 保護選擇性發生改變

因為傳統配電網的供電電源主要以單側電源為主，所以在增加繼電保護裝置時容易出現問題。在配電網中接入分布式電源，會增加配電網中的電源數目，進而影響到電力系統的運行，還會使之后的繼電保護裝置無法有針對性地保護區域內各項裝置，提高保護裝置發生誤動的概率。

4.4 重合閘失敗

配電網構造主要采用放射性模式，加之供電電源多為單側電源，當系統出現故障且切除電源時，會發生三相一次重合閘實時閉合，此階段雖然不會對電力系統的供電造成不良影響，可以保證供電穩定性，但在接入分布式電源后，會因為供電電源逐漸轉變為多項電源供電模式而出現重合閘無法合閘的情況[9]。該故障出現的原因主要分為2 種，第一種是在接入分布式電源后，繼電保護裝置能夠完成主電源隔離和故障點的自動隔離處理，而分布式電源會處于持續性供電狀態，導致故障點出現拉弧現象；如果故障沒有得到妥善處理，則會直接增加故障影響程度，導致由小故障轉變為永久性故障，對配電網的使用產生嚴重干擾；第二種是在接入分布式電源后，因為繼電保護裝置無法對配電網和分布式電源形成有效阻隔，導致在故障發生時，分布式電源一直處于供電狀態，形成孤島現象，直接增加重合閘工作難度，導致其無法正常閉合，進而引發一系列故障問題。

5 分布式電源對繼電保護影響防范措施

為妥善解決分布式電源接入后對繼電保護裝置所產生的負面影響，需要對負面硬性進行合理分析，結合分布式電源供電和繼電保護裝置運行等各方面特點，制定相應的防范策略，高質量完成防范處理，確保繼電保護裝置能夠處于正常應用狀態。首先，將分布式電源作為界限，對下游電路展開方向性元件配置，保護對側安裝斷路器，根據部分線路功率注入反方向的具體狀況，及時判斷此處是否存在故障，以便后期的故障處理。還需要在每段線路中完成三段式電流保護的重新設置，確保下游線路充分發揮輔助電源功能。其次，做好故障限流器配置，使電力網絡正常運行時的抗阻力為零，但在發生故障時，會因為電力網中電流的增加而導致抗阻急劇增大，所以通過設置故障限流器的方法，確保故障電流能夠得到有效管控，確保相關問題能夠得到妥善解決。最后，需要做好其他保護設施設置。在接入分布式電源后，原有配電網中繼電保護裝置的部分保護功能會發生相應改變，導致故障進一步擴大，所以需要做好其余保護裝置的設置，通過提前控制的方法，將分布式電源所帶來的影響控制在最小，確保電力系統供電安全性和穩定性能夠達到預期要求[10]。

6 結 論

由于分布式電源應用已經成為今后配電系統運行的主要趨勢，因此需要進一步加大對分布式發電技術和分布式電源應用相關影響的研究力度。應明確配電網中繼電保護裝置的具體保護功能和分布電源接入后的變化情況，按照保護裝置的應用要求，結合保護功能發生改變的具體內容，制定針對性的優化保護措施，合理使用各種保護裝置，確保在接入分布式電源后，電力系統仍然能夠處于較為安全且穩定的運行狀態，妥善解決各種隱患問題，進而為配電網的運行提供可靠保障，確保配電網能夠平穩、安全地完成升級與發展任務。