DG配电网继电保护方案探讨

李明 陈林 季巧宇 刘玉辉

摘要：我国传统的配电网电流保护为三段式电流保护，通过设置不同的整定值和动作时间，实现对配电网的保护。接入分布式电源后，会提高供电灵活性、可靠性和安全性，但是另一方面，也改变了传统配网的单电源辐射状结构，使得配电网的控制、保护和动作越来越复杂翻。本文就接入DG后不同位置短路时对原有保护的影响进行了定性分析，对重合闸方式进行了研究，并提出了新的保护改进方法。

关键词：配电网；分布式电源；继电保护；自动重合闸；保护方案

中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：

0.前言

分布式发电(Distributed Generation，DG)，又称分散式发电或分布式供能，一般指将相对小型的发电装置分散布置在用户(负荷)现场或用户附近，利用各种可用的分散存在的能源，包括可再生能源(太阳能、生物质能、风能、水能、波浪能等)和本地可方便获取的化石类燃料(主要指天然气)进行发电供能的方式。

分布式电源并入电网后将给配电网带来一系列影响，分布式电源对配电网产生的影响与配电网和分布式电源的运行情况相关。配电网的特点是呈放射形结构并由单电源供电，配电网的继电保护是以此为基础设计的。当分布式电源接入配电网后，配电网的结构将发生改变。当配电网发生故障时，除了系统向故障点提供故障电流外，分布式电源也将对故障点提供故障电流，改变了配电网的节点短路水平. 因而影响配电网继电保护装置的正常运行. 分布式电源的类型、安装位置和容量等因素都将对配电网的继电保护造成影响.

1 DG对电流保护的影响分析

1.1 配电网系统的建立

本次研究模型为双馈线不含DG配网模型、含DG配网模型，建立了接线电网模型和等值电网模型(见图l～4)。

图1不含DG配电网模型图2含DG的配电网模

图3不舍DG的配电网等值模型图4含DG的配电网等值模型

1.2对过电流保护的影响分析

配电网中接人DG后，传统的单电源辐射状结构发生改变，系统的潮流将重新分布，发生短路故障时，故障点的短路电流方向和大小也有可能发生变化。F面就短路点位置相同，但所处模型不同时的流过相同保护装置处短路电流大小进行定性的分析。设系统电源电压为，等效阻抗为，分布式电源电压为，等效阻抗为，断路器CB1～CB4所在段线路的阻抗分别为～，以上参数均为标幺值，便于计算比较，、近似取1。当短路点分别发生在母线、、、时，现就不接入DG和接入DG情况分别对电流速断保护进行分析。(表示不含DG配电网模型(图1)下的短路电流值，表示含DG配电网模型(图2)下的短路电流值)

(1) 点短路。

流过保护CBl处的故障电流，=，故对CBl的保护配置无影响。流过保护CB2处的电流在不含DG情况下为0，而加入DG后，DG会提供一定的反向的短路电流，该短路电流值足够大时会导致保护CB2动作。

(2) 点短路。

在图1和图2两种模型下，流过保护CB1和保护CB2的短路电流大小均相等，在图1下保护能够正确动作于故障。但在图2下，虽然保护正确动作了，但DG仍会向故障点提供持续的短路电流，使得故障点电弧不能熄灭，线路重合闸不会成功，延长瞬时性故障的停电时间，因此需在靠近母线C处加装带方向过流保护断路器CB5，由CB2和CB5配合能判断出线路BC之间的故障，但如果是母线C处故障，则需CB2、CB4和CB5共同判定。

(3) 点短路。

母线上点发生短路故障时，系统电源和DG将共同向故障点提供短路电流，使故赢点短路电流增加，对对DG上游保护CB1和CB2也会产生影响。

显然最。

DG的短路电流注入会使保护CB1和CB2的短路电流减小，降低了保护装置的灵敏度，可能会导致保护拒动。而流过保护CB3的短路电流增加，会导致CB3的瞬时速断保护灵敏度增加，扩大了瞬时速断保护的保护范围，与限时限速断保护的配合冲突，引起保护的误动。

(4) 点短路。

当相邻馈线点发生短路时，DG反向向故障点提供短路电流，流过保护CB1和保护CB2，可能导致保护误动，而保护CB4正确动作即可切断故障线路，但保护CB4的短路电流增加，延长其保护范围，导致非故障线路保护动作，扩大故障范围。

式中：

显然范。

经过以上分析可以得出，分布式电源接入配网对原有保护的影响主要包括二个方面。

(1)当故障点位于DG下游，DG的接人将导致流过DG下游保护的电流变大，而流过DG上游保护的电流变小：对DG下游保护，可能会导致其误动作，而且当DG输出功率越大，影响越严重；对DG上游保护，灵敏度可能降低，同样当DG输出功率越大，影响越严重。

(2)当故障点位于DG上游，由于各个保护并未配置方向元件，DG上游的各保护之间可能会失去选择性。

(3)当故障点位于相邻馈线时，分布式电源的存在有可能引起所在馈线保护的误动作。

2 含DG的配网自动重合闸方式

经统计，配网中有80％的故障时瞬时性故障[21。传统配网中一般采用三相重合闸前加速保护，由于是单侧电源供电，不含检同期功能。加入DG后，配网由单侧电源变为多侧电源供电，重合闸需考虑两侧或多侧保护的时问配合问题和电源的同步问题。

IEEE Standard 1547标准要求： (1)如果故障发生在DG所在的馈线，DG应当停止向配电网供电。(2)在DG所在馈线自动化重合闸动作前，DG必须跳离配电网。

本文认为，在小容量单DG直接接入配网情况下，可以严格按照上述标准执行。如果两侧电源中间发生短路故障，先跳开系统侧短路器，接着跳开DG侧短路器。达到重合闸时限后，系统侧采用无压检测重合闸，系统侧重合闸成功后。DG采用检同步重合闸，并入配网。如系统重合闸不成功，则判定为永久性故障，DG退出重合闸。

但是对于大容量DG，尤其是多个大容量的DG以微网的方式接入配网中，DG容量能满足与下游负荷配合，此时如果让每个DG都退出运行，则对整个系统的稳定性会造成严重的影响。本文给出一种方案解决上述矛盾：即采取解列的方法来隔离故障点。如图5所示，正常运行时，DG容量与母线C右侧负荷能够平衡，能够形成孤岛运行，类似于简单微网结构。当母线A和B之间发生故障时，保护CB1切除系统电源，保护CB5使DG解列。重合闸时，保护CB1先测无压重合闸，重合闸成功后，保护CB5在解列点完成检同步后并列操作。若重合闸不成功，则系统保护再次动作跳闸。采用此种方式不会违背DG发展的初衷，尤其是对重要负荷能实现不问断的供电，提高系统的可靠性。

图5含DG的配网解列重合闸示意图

3 含大DG的配电网保护新方案

小容量DG对原有保护的影响不大，大容量或多个DG接入后，会对原有的电流保护产生汲流或助增作用，使原有保护误动或拒动等，必须对原有保护定值进行重新整定或对保护进行重新配置。

对于含DG的环式有备用网络结构配电网，可以采用纵联保护，该方法没有考虑DG出力的随机性，对于瞬时性故障的切除时间也较长。DG上游配置方向纵联保护，同时对过流保护加装方向元件的新保护。可以采用加装方向元件的方法，但是对于像风力发电机和太阳能电池这类电源，由于它们的出力会随着自然条件的变化随机波动，有可能会出现故障时流过方向元件的短路电流太小使其不能动作，从而导致保护的不正确动作，所以这种方法有其局限性。一种基于实时采集到的信息量与存储的基准信息进行比较，从而去顶故障区域和故障点的自适应保护方法，由于配网覆盖面广，该方法需对每个点进行信息采集，所以投资会比较高，运行维护困难。一种基于配电网自动化的多Agent及时在含分布式电源的配电网自适应保护方案，该保护方案在保护的配合和整体性能上更具有灵活性和可靠性，但是需借助复杂的通讯网络，对通讯网络的可靠性要求极高。

随着光纤通信的加强，基于光纤差动的保护会在配网中大量的使用。对于含DG的配网，可以先进行分区，对系统电源与DG之间的网络可以采用光纤差动保护为主保护，过电流保护为后备保护进行配置，对于系统电源与DG之外的区域，当发生故障时，根据DG对该区域各保护短路电流的贡献大小，对原有保护原有保护定值进行重新设定即可。

4 结束语

本文介绍了含DG的简单配电网络发生短路故障时，DG所产生短路电流对原有保护的影响。分析了含DG的配网重合闸方式。对含DG的配网保护方案现状进行了探讨，在大力发展以高速通信网络和先进传感测量技术等为基础的智能配网时期，分区光纤差动保护和过流保护相配合的保护方式必将有较广阔的应用前景。