分布式電源對配網繼電保護的影響研究

摘""要：現階段，我國電力行業正處于綠色轉型發展關鍵時期，新能源發電技術逐漸取代落后的火力發電，有利于緩解化石資源供需矛盾，實現生態環境保護。與此同時，電力網絡大規模接入分布式電源，對配網繼電保護體系造成劇烈沖擊，傳統無源配網保護技術不再適用。鑒于此，此次以改進繼電保護體系作為研究方向，探討分布式電源接入后對配網繼電保護效果造成的具體影響，闡述了含分布式電源的配網繼電保護體系改進措施，旨在提高配網繼電保護系統的可靠性和抗干擾能力。

關鍵詞：分布式電源""配網繼電保護""具體影響""改進措施

中圖分類號：TM77

Research"on"the"Impact"of"Distributed"Power"Sources"on"Distribution"Network"Relay"Protection

CHEN"Jian""CHENG"Ming""WANG"Youjun""SHI"Qianqian

Chuzhou"Power"Supply"Company，"State"Grid"Anhui"Electric"Power"Co.，"Ltd.，nbsp;Chuzhou，"Anhui"Province，"239000"China

Abstract："At"present，"China's"power"industry"is"in"a"critical"period"of"green"transformation"and"development."New"energy"generation"technology"is"gradually"replacing"backward"thermal"power"generation，"which"is"conducive"to"alleviating"the"supply-demand"contradiction"of"fossil"resources"and"achieving"ecological"environment"protection."At"the"same"time，"the"large-scale"access"of"distributed"power"sources"into"the"power"network"has"caused"a"severe"impact"on"the"relay"protection"system"of"the"distribution"network，"and"traditional"passive"distribution"network"protection"technologies"are"no"longer"applicable."In"view"of"this，"the"research"direction"is"to"improve"the"relay"protection"system，"explore"the"specific"impact"of"the"integration"of"distributed"power"sources"on"the"relay"protection"effect"of"the"distribution"network，"and"elaborate"on"the"improvement"measures"of"the"distribution"network"relay"protection"system"containing"distributed"power"sources，"aiming"to"improve"the"reliability"and"anti-interference"ability"of"the"distribution"network"relay"protection"system.

Key"Words："Distributed"power"generation;"Distribution"network"relay"protection;"Specific"impact;"Improvement"measures

現代社會發展過程中，生產生活等各個領域對電力能源的依賴程度增加，配網安全問題也成為社會關注的重點問題。在配網安全保護領域中，繼電保護能夠對電力系統發生的故障和異常情況進行檢測，從而發出報警信號，或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。對于現階段的配網而言，因為新能源的出現，分布式電源在配網環境中扮演了越來越重要的角色，分布式電源在配網中的參與，會直接形成對繼電保護的影響，但也會帶來保護誤動或過度保護等方面的問題。為此，配網繼電保護工作必須做出對應的調整，符合配網的安全發展需求。在實際工作中應采取有效的改善措施，考慮在現有的繼電保護策略基礎之上，結合縱連保護等相關思路來實現優化，推進配網環境安全、穩定運行。

1""分布式電源對配網繼電保護效果的影響

1.1""短路電流分布

配網接入分布式電源改變了線路拓撲結構，從單一的電源配電網演變成含有多系統電源、單一系統電源的復合配電網，出現短路故障后，改變了短路電流值和電流流向，當分布式電源處于不同接入位置時，短路電流分布情況并不一致。例如：分布式電源接入配網饋線始端時，屬于在原有系統并入小型受控電流源，以接入點電壓當作控制量，會增加配網電源總體容量與短路故障電流值，故障電流方向保持不變。分布式電源接入配網饋線中部時，連接點上游與下游保護效果都會受到一定程度的影響，短路電流有所增加，超出整定值而破壞繼電保護裝置選擇性要求，出現裝置誤動情況，嚴重時導致分布式電源孤島運行、自行解列[1]。而在分布式電源接入配網饋線末端時，兩側電源提供短路電流，經過首級保護裝置時，按照整定值展開保護動作，分布式電源所提供短路電流繼續流向短路點，導致短路點電壓升高，降低保護裝置靈敏度。

1.2""配網自動裝置誤動

配網繼電保護系統設置多種類自動裝置，負責精準感知配網運行狀態，識別故障問題與異常情況后，自動展開相應動作，包括自動重合閘裝置、備自投裝置，從而迅速切除故障部分。隨著分布式電源的接入，裝置動作精度、動作時間受到一定程度的影響。例如：對于自動重合閘裝置，出現瞬時性故障問題后，裝置可以快速切除故障點位與配網系統電源的聯系，但分布式電源繼續向故障點位輸送短路電流，無法順利排除瞬時故障，致使自動重合閘失敗、負荷停電，小概率由瞬時性故障演變為更加嚴重的永久性故障，配網設備受損。出現永久性故障問題后，自動重合閘裝置迅速展開動作，重合閘失敗后由電流保護裝置接替展開保護動作，切除故障部分，但由于分布式電源繼續輸送一部分短路電流，流向短路點位，在裝置缺少安裝方向保護功能的情況下，造成自動重合閘裝置延時展開動作的局面。對于備自投裝置，在低壓側母線接入分布式電源的情況下，如果系統側出現故障問題，或上級線路失壓，分布式電源孤島策略失效并向變電站繼續供電，形成短路電壓或是配網母線殘壓，沒有完全滿足備自投裝置啟動條件。由于分布式電源孤島狀態下的輸出頻率、電壓處于動態變化狀態，執行非同期合閘動作，強行把分布式電源并網運行，會給配網運行造成劇烈沖擊，也會因故障時間內殘壓超標而改變實際動作時間[2]。

1.3""引起非計劃孤島

配網運行受到跳閘、短路等因素影響，一部分電網斷開與大系統的聯系，切換到分布式電源臨時向用戶繼續供電，這一現象被稱為非計劃孤島運行。從繼電保護層面來看，繼電保護系統按照電網、分布式電源并聯運行狀態加以設計，孤島運行期間，再次出現其他故障問題后，分布式電源繼續提供短路電路，實際故障水平偏低，繼電保護裝置可能出現拒動現象。同時，非計劃孤島事件本身具備隨機性特征，會引起電能質量下降、線路元件帶電、重合閘失敗、配網設備損壞等問題。

1.4""繼電保護裝置失效

繼電保護裝置根據整定值來判斷保護對象是否處于正常運行狀態，設定電壓、電流等電氣量參數的整定值，同步獲取在線監測數據，確定實際運行數據超出允許范圍后，自行展開保護動作。隨著分布式電源的接入，故障電流、電壓等參數發生變化，實際故障值偏離整定值，使得繼電保護裝置錯誤展開保護動作，或是在故障持續期間未展開保護動作，繼電保護體系失效。以饋電線路保護裝置為例，系統側相鄰饋線出現故障問題后，發生倒送電流現象，分布式電源經由母線繼續提供反向短路電流，斷路器保護裝置本身缺乏識別反向故障的功能，在分布式電源容量較大的情況下，導致繼電保護裝置錯誤展開動作，分布式電源所處線路中斷供電。

2""含分布式電源的配網繼電保護體系改進措施

2.1""適應性改進

配網繼電保護影響情況主要取決于分布式電源接入位置，以饋線始端、中部和末端作為并網位置時，現有繼電保護系統的運行狀況、保護性能發揮情況不一致，可以適應性選擇繼電保護改進措施。

2.1.1""接入饋線始端

其影響體現為增加系統電源容量與短路電流值，少量增加短路電流有利于增強下游裝置靈敏性，但過量增加短路電流則會引起裝置誤動作、擴大停電范圍。工作人員應準確掌握短路電流貢獻比，泛指分布式電源與系統電源向故障點輸送短路電流比值，根據實際情況判斷是否修改繼電保護方案，短路電流貢獻比不超過0.1時，無須修改原有方案，確定短路電流貢獻比大于0.1時，調整一部分繼電保護裝置的動作電流值，用于降低靈敏度[3]。

2.1.2""接入饋線中部

區分為接入點上游、接入點下游、不包含分布式電源線路3種情況，制訂改進方案。例如：針對上游保護裝置，饋線采取雙側電源供電方式，出現非金屬短路故障后導致裝置拒動，沒有順利切除故障電流，優先配備動作值偏低的定時限過電流保護裝置，負責切除較小短路電流。也可選擇限制分布式電源容量，通過提升剛性系數來間接降低短路點電壓值，確保繼電保護裝置正確展開動作，并同步把分布式電源自配網系統解裂，避免繼續輸送短路電流。

2.1.3""接入饋線末端

部署定時限過電流保護裝置取代原有裝置，雖然保護動作具備延時性，但憑借啟動電流小、靈敏度高的特征，可以迅速切除因非金屬性接地故障引起的短路電流。針對不含有分布式電源的饋線段，短路電流有所增加，帶動裝置可靠性、靈敏度同步提升，無須額外采取改進措施。

2.2""引入縱聯保護

繼電保護改進策略圍繞分布式電源接入位置來制定和執行，改進方案缺乏通用性，還需要限制分布式電源容量，無法實現新能源發電效益與配網繼電保護效果。為解決此項問題，可以采取含分布式電源配網系統內引入縱聯保護的改進策略，縱聯保護、傳統保護相互配合，扮演主保護與后備保護的身份，同時滿足繼電保護選擇性要求與可靠切除故障部分的要求。縱聯保護與常規電流保護的區別在于，電流保護按照配網運行方式來動態調整實際保護范圍，縱聯保護則是通過不間斷采集線路一端電氣量，準確鎖定故障區域，判斷是否輸出跳閘、切除故障，可以準確判定內部故障發生情況。配網接入單個分布式電源時，以系統電源至接入點間線路作為區域1，接入點下游線路作為區域2，區域1上下級裝置配備縱聯保護與加裝重合閘，并設置自動檢測同期裝置，區域內全部保護裝置都應具備方向保護元件，區域2繼電保護裝置僅需具備過電流保護、重合閘前加速兩項功能，各級裝置動作時間相互配合，逐一設置定時限保護動作時間。例如：出現永久性故障后，區域2裝置展開保護動作來消除裝置，同步檢測電壓瞬時變化量，如果裝置誤動，則把區域1裝置作為后備保護，繼續展開保護動作來消除故障[4]。而在配網系統接入多個分布式電源時，兩個接入點兩端與間隔區域分別作為區域1、區域2和區域3，第二個接入點前端的區域1、區域2均配備縱聯保護與自動重合閘裝置，區域3配合電流保護與重合閘前加速，各級繼電保護裝置都具備方向保護功能，時間上相互配合。對于瞬時性故障，系統側與分布式電源側依次展開重合、同期重合閘動作。對于永久性故障，則按照時間配合關系，選擇性切除故障。

2.3""基于閉環運行的環網保護方案

隨著小型化分布式電源的接入，傳統配電網結構亟須改變，需制訂基于閉環運行的環網保護方案，分布式電源接入點上游母線側加裝繼電保護裝置與斷路器，出現故障問題后自配網系統解列分布式電源；全部繼電保護裝置都增設方向保護元件，把系統電源側母線流向短路點方向作為正方向；分布式電源上游母線側部署繼電保護裝置，同樣以母線流向短路點方向當作正方向，接收正方向短路信號或允許跳閘信號后，再展開保護動作；原有定時限電流保護裝置當作后備保護。同時，重新設計繼電保護裝置的配合關系，接收正方向過電流信號后，同步向上游裝置傳達閉鎖信號、向下游裝置傳達允許跳閘信號，接收上游允許跳閘信號，或在未接收下游閉鎖信號但檢測到正向過電流信號時，立即展開保護動作[5]。根據落地應用效果來看，新型改進方案充分利用現有保護裝置，選擇性切除故障區域，解決靠近母線位置短路時的方向保護死區問題，改造效果十分理想。

3""結語

綜上所述，配網繼電保護體系的升級改造，是建設新一代電力網絡的重要環節，也是增強配網運行穩定性與提高供電質量的關鍵。工作人員應深入探究分布式電源接入、繼電保護效果二者的內在關系，落實適應性改進、引入縱聯保護、環網保護三項改進措施，保障配網安全平穩運行。

參考文獻

[1]李達，劉敏.一套面向批量分布式光伏接入的配網運行管控方案[J].電氣技術與經濟，2024（7）：141-143.

[2]田海洲.分布式光伏電源對配電系統繼電保護配置的影響[J].電氣時代，2024（4）：54-56.

[3]於慧敏.基于改進差分進化的含分布式電源配網負荷自適應調度方法[J].自動化應用，2024，65（13）：255-256，259.

[4]敖軍.面向區域配電網的分布式能效數據分析與優化技術[J].電氣應用，2024，43（6）：66-71.

[5]于艾清，濮夢燕，王育飛，等.基于改進鯨魚算法的分布式電源規劃方法[J].電測與儀表，2024，61（8）：63-69.