分布式发电对配电网继电保护的影响分析

赵 鑫 付振虎 郎 泳 许 丹

山东理工大学电气与电子工程学院学院 山东淄博255049

0 引言

在20世纪的后半叶，电力系统已经发展成为大容量集中发电、远距离、超（特）高压输电的大型互联网络系统，随着用电负荷的不断增加，电网建设发展相对滞后，使得远距离输电线路的输送容量不断增大，受端电网对外来电力的依赖程度不断提高，电网运行的稳定性和安全性呈不断下降的趋势。近年来的各种大规模停电事故，尤其是2003年的“8·14”美加大停电，更暴露出目前电力系统的这个严重缺陷。因此，需要在受端电网和负荷中心建设一定容量的发电厂，以减少大功率输送和转移，减少输配电损耗，支撑本地电网，增强系统稳定。在多方面因素的推动下，全球能源技术领域关注的研究热点转向分布于用户附近的以新能源、热电冷能联供等形式的分布式能源系统。因此，一种综合、高效、经济的新型电力技术——分布式发电技术DG应运而生，其利用多种一次能源，通过在配电网建立单独的发电单元和储能设备对重要负荷进行供电。分布式电源包括很多种类，根据DG通常所使用的技术来分可分为：水力发电、风力发电、光伏发电、燃气轮机和燃料电池等[1]。

研究表明，分布式电源以微网形式接人大电网中并网运行，是发挥其效能的最有效方式。微网是由分布式电源、储能装置、负荷组成的小型发配电系统，是一个能实现自我控制、保护和管理的自治系统。面对越来越多的分布多样性的小电能生产者要求就进入网（一般为低压和中压配电网）的压力，又为减少小电能生产者并网后对系统的冲击，IEEE Draft Standard 1547对分布式电源的单独并网标准作了规定：当电力系统发生故障时，分布式电源必须马上推出运行。这就大大限制了分布式能源的充分发挥，也间接限制了对新能源的利用。因此，如何清除分布式能源和可再生能源大规模并网的故障，充分发挥分布式发电优势和潜能，成为各国学者关注和研究的重点。

1 目前含分布式电源配电网存在的问题

DG并网给系统的冲击：

1）有功、无功（电压）调节问题：

（1）DG起停对系统电压的冲击影响，既影响电能质量（PQ），又影响系统稳定；

（2）DG，如风电、太阳能电力，由于受风速变化、天气阴晴等影响，发电很不稳定，供电间歇性的影响增加系统调节难度。

2）继电保护问题：

（1）由于DG的出现，原配电网电力向用户流动的方向将变成双向，导致保护复杂性增加，更可能引起保护误动或拒动；

（2）因为DG系统发生故障时，电网残压引起电压检测的不准确性，影响设备自动投入，非同期并网时冲击电流也易危害机组安全；

（3）孤岛运行时失去接地中性点，易引起过电压危及DG系统安全运行，为此要重新布置DG系统的保护。

3）稳定问题：主网事故发生稳定性事故时，易造成DG系统机组解列，运行恶化。

4）对电网运行管理的影响：

（1）DG间歇性发电易造成发供的不平衡；

企业技术创新是一个复杂过程，影响企业技术创新的因素很多，主要是人的因素，包括技术团队、高管团队等。技术创新是一个团队任务，必须通过科学有效的团队建设，发挥团队每个成员的能力。要重视每个微观元素的影响，才能提升企业技术创新的能力。在企业技术创新过程中，高管薪酬激励是一种方式。值得注意的是，采用科学合理的方法进行激励，能对团队产生正向激励的效果，否则可能对团队产生负面影响[5]。

（2）调度运行、潮流控制困难；

（3）配电系统设备检修安排困难。

5）对电网经济效益的影响：

（1）如何分摊电网成本；

（2）DG造成主网少发电，如何分摊电网建设成本。

2 DG对配电网电流保护影响的分析

目前我国的中、低压配电网主要是单侧电源、辐射型供电网络，DG接人配网后，改变了网络中短路电流的大小和流向，而且由于配网运行方式复杂多变，使得原有的阶段式电流保护的整定配合十分困难，甚至根本无法按照规程要求进行整定，无法起到应有的保护作用[2]，更可能引起保护误动或拒动。配电网的根本性变化使得电网中电流保护定值和机理发生了深刻变化[3]。

2.1 含DG的配电网系统

DG对电流保护产生的影响与DG的容量和故障位置有很大关系。本文以图1所示的配网模型作为研究对象，推导出不同情况下流过保护装置的短路电流计算公式，并对DG对配电网电流保护的影响进行了分析。

图1 含分布式电源的配电网系统示意图

图2 含分布式电源的配电网等效电路图

图2为图1的等效阻抗图。当线路1、2、3和5末端分别发生短路故障时，分析DG对其保护产生的影响。

2.2 分布式电源对配电网过电流保护的影响分析

设SG电势为Es，等效阻抗为Xs，DG电压为Ed，等效阻抗为Xd， 变压器电抗为XT、α、β、γ和δ分别表示f1、f2、f3、f4短路点距各自母线的距离占该段输电线路的百分比，以上参数均为标幺值。 下面将分别讨论当故障发生在f1点、f2点、f3点及f4点时，DG的接入对电流保护将产生的影响：

1）f1点发生短路时：

图3 f1点短路时，DG对保护2的影响

在f1点发生短路时，保护1检测到的电流完全来自系统电源，因此保护1应准确动作切除保护范围内的故障。同时，DG通过保护2向故障点提供短路电流，如图3模拟分析知，当f1靠近B母线超过一定限定时，该短路电流可能引起保护2动作而使DG右侧的系统形成孤岛，这时要考虑DG的带负荷能力和系统重合闸时的同期问题[4，5]。此时流过保护1和2故障电流为：

2）f2点发生短路时：

f2点短路时，保护1和2检测到的电流全部由系统电源提供，保护能够正常动作于故障。但是保护1和2动作后，DG仍向故障点提供短路电流，延长了故障点电弧熄灭时间，如果按照原先参数重合闸失败，延长瞬时性故障的停电时间。为此可以在BC线路的C端装设过电流保护，并动作切除故障，使DG不再向故障点提供短路电流，但此时仍要考虑DG孤岛运行能力。此时流过保护1和2的短路电流分别为：

3）f3点发生短路时：

若f3点发生故障时，故障点的短路电流由系统电源和分布式电源共同提供，流过保护1和2的短路电流由于DG的外汲作用而减小，流过保护3的短路电流由于DG的助增作用而增加。此时流过保护1、2和3的短路电流为：

如图4所示，由于DG对流过保护1和2的短路电流的外汲作用使得保护1和2的保护范围减小，降低其灵敏性，可能使保护拒动。 DG对流过保护3的短路电流有助增作用，从而使而流过保护3的短路电流增加，增大其保护范围，在最坏情况下可能使电流速段保护延伸到下一段，引起保护的误动。

图4 f3点短路，DG对保护1、2、3的影响

4）当f4点发生短路时：

当故障发生在相邻馈线f4点时，流经保护1和2检测到DG反向向故障点提供的短路电流。如图2-5模拟仿真可知，当f4点靠近A母线时，保护1和2因反相短路电流而误动作，使非故障线路保护动作，扩大故障范围。由于DG的注入短路电流对流过保护5的短路电流产生助增作用，延长其保护范围，可能使保护失去选择性。

由于DG注入此时流过保护1、2和5的短路电流分别为：

其中：

图5 f4点短路时，DG对保护2、5的影响

经过模拟仿真分析可以得出，分布式电源注入的短路电流对电流保护的影响主要包括三个方面：①当电流保护在DG上游，短路故障发生在DG的下游时，流过保护的短路电流由于DG的外汲作用而导致灵敏度降低，使保护范围缩小而拒动；②当短路故障发生在分布式电源和电流保护的下游时，DG注入故障点的电流表现为助增效应，使保护范围增大，可能使电流速段保护延伸到下一段，从而引起保护装置误动；③当短路故障发生于电流保护和分布式电源的上游时，分布式电源会从反方向向保护注入电流，使其失去方向性而误动作。

3 结论

分布式发电（DG）是电力系统发展的一个主要方向，然而大量分布式发电的并网运行，将深刻影响配电网络结构以及配电网中短路电流的大小和流向，给配电网的继电保护带来诸多不利影响。本文详细分析了DG并网后对个区段继电保护及其动作造成的影响，对分布式发电的推广和应用具有一定的意义。

[1] 丁明，王敏.分布式发电技术[J].电力自动化设备，2004，24（7）：31-37.

[2] 王希舟，陈鑫等.分布式发电与配电网保护协调性研究闭[J].继电器，2006，34（3）.

[3] 张超，计建仁，夏翔.分布式发电对配电网馈线保护的影响[J].继电器， 2006， 34（13）： 9-12.

[4] 孙鸣，余娟，邓博.分布式发电对配电网线路保影响的分析[J].电网技术，2009，33（8）：104-107.

[5] 陈海炎，陈金富，段献忠等.含分布式电源的配电网潮流计算[J].电力系统自动化，2007，30（1）：35-39.