分布式电源对配电网继电保护影响的分析
2015-01-29季克朗
摘 要 随着环境污染的加剧，我国加大了对可再生能源的研究与利用工作，因而，分布式电源以其独特的优势在电力系统中应用起来，取得了非常好的实际效果。分布式电源的应用，会导致电力系统的一些相应变化，其中，最终要的变化就是可能使配电网继电保护失效、反应错误和配合保护不匹配等。而且，由于分布式电源和原有的电源形式不同，导致配电网继电保护的故障水平也会发生相应的变化，使配电网继电保护不能正确反应，这会给电路的保护带来非常大的问题和安全隐患。本文通过相关资料的收集，对分布式电源对配电网继电保护的影响进行了系统的分析，希望对相关电力工作者带来一些启发。
关键词 分布式电源;配电网;继电保护;影响分析
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0051-02
1 分布式电源对配电网继电保护的影响
和传统的发电方式相比，分布式电源对于配电网的控制方式、并网方式的要求是不同的，因而，随着分布式电源总体容量的增加，会对配电网继电保护带来一些影响。分布式电源的发电形式不同，带来的影响也不完全相同：
1）分布式电源为燃气轮机。燃气轮机作为分布式电源的一种，在实际应用中还是较为广泛的。燃气轮机接入配电网中的方式一般为同步发电机方式，而同步发电机配备有励磁系统，一旦发生电路故障，造成电路无法正常工作时，励磁系统可以在故障发生之后为故障发生点提供一定的短路电流。短路电流的多少，和故障发生时的电压、同步发电机的电抗和励磁性质有关。
2）分布式电源为异步风力发电机。风力发电在分布式电源发电中的应用也非常广泛。分布式风力发电机接入配电网时，由于其接入配电网的方式为异步发电机方式，而异步发电机没有励磁系统，所以一旦配电网发生故障，异步发电机提供的短路电流会逐渐递减直至完全可以忽略。这期间耗时大约为十个周期。异步发电机提供短路电流是通过残余电压提供的动力，所以和传统的短路保护相比，会缩小短路保护的程度。另外，异步风力发电机接入配电网后，发生电路故障时短路电流衰减程度和故障种类、故障发生点、风力发电机容量等有关。异步风力发电机的容量和短路电流成正比，故障发生点和风力发电机的距离越大，故障电流的衰减速率就越快。
3）分布式电源为光伏电源或燃料电池。光伏电源和燃料电池接入配电网的方式和燃气轮机、风力发电机不同，应用的是逆变器的方式，应用电子装置。光伏电源和燃料电池的逆变器原理基本相同。和同步发电机和异步发电机相比，逆变器在配电网系统故障时，故障电流更加小，因而表示起来也相对简单，用最大电流和电流存在时间即可表示。光伏电源由于逆变器的特点，在发生不对称故障时，会形成三相效力相同的电动势，导致负序等效电动势的产生。这时可应用三相逆变电源序网模型进行故障分析工作。在相同容量的燃气轮机、风力发电机和光伏电源发电机三者中，故障时故障电流最大的是燃气轮机。
2 分布式电源对配电网继电保护的模型剖析
三段式电流保护方式具有对电路的保护模式简单、可靠性高、反应迅速等特点，在配电网继电保护中得到了广泛的认可。三段式电流保护由电路速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护组成，在多数情况下都可以实现对故障的快速、准确反应。但其也有自身的缺点，即在很大程度上受到配电网接线方式和配电系统工作方式影响。如下图所示。
如图，S为配电网系统，DG为分布式电源，R1、R2、R3、R4为继电保护装置，Z为配电网系统阻抗。分布式电源接入配电网后，配电网系统的潮流分布将会产生变化，从而导致故障电流的相应变化，包括大小、方向等。配电网系统和分布式电源之间的部分为双电源，而其他部分为单一电源，由图观察可以知道，当系统的短路位点发生变化时，分布式电源对各个继电保护装置的影响也不同。
当K2位点出现短路时，R3和R4是没有短路电流通过的，因而保护反应和分布式电源的接入无关。经过R2的短路电流来自配电网系统和分布式电源，继电保护装置能正确反应，切断故障线路。这个时候，R1也有短路电流通过，但是电流强度比分布式电源接入前要小，而且分布式电源的容量越大，R1的短路电流越小，分析可以知道，R1的灵敏性受到分布式电源并入的影响有所降低。
当K1位点发生短路时，R3和R4同样没有短路电流通过，因而R3和R4没有受到分布式电源接入的影响。同样的，R1的灵敏性相应减少，甚至完全失去灵敏性，通过R1的短路电流在分布式电源接入后变小。因此，为了保证系统的正常工作，在一些情况下需要合理对接入配电网的分布式电源的容量进行控制，防止由于分布式电源容量过大导致R1的拒动情况发生。
当馈线1的K3位点发生短路时，故障电流无法到达R2，因而R2的行为不会受到干扰。此时，通过R3的短路电流来源是配电网系统和分布式电源，继电保护装置完全可以正确反应、切断故障。在K3位点短路时，R1有分布式电源提供的短路电流的通过，如果分布式电源容量超过一定大小，会导致R1切断线路的错误反应，此时，分布式电源应当与配电网系统自动解除并入关系。
当馈线1的K4位点发生短路时，R2同样感受不到故障的存在，其正常动作不会受到干扰，R4中通过的短路电流来源是配电网系统和分布式电源，继电保护装置完全可以正确反应、控制故障。当K4位点短路时，R1中会有相应的短路电流的通过，而且分布式电源容量足够大时，R1会产生错误反应，对R1所在线路进行错误切断，这个时候分布式电源需要和配电网接触并入关系。
3 总结
分布式电源在我国的广泛应用，对配电网继电保护工作带来的影响应当正确分析。分布式电源的接入对配电网继电保护造成的变化主要有：分布式电源的容量不同，对配电网继电保护带来的相应变化不同;分布式电源的类型不同，对配电网继电保护带来的相应变化不同;分布式电源的容量越大，对配电网继电保护的影响越大，很可能由于电流的增加导致故障电路之外的其他电路的错误反应;分布式电源在继电保护装置的不同侧，故障保护范围的大小变化不同，分布式电源接入位置处于继电保护装置上游，使故障保护范围增大，反之减小。根据分布式电源对配电网继电保护产生的影响进行分析，有助于制定合理的应对方法提升其与配电网的适应能力。
参考文献
[1]郭路宣.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].华南理工大学，2013.
[2]卫波.分布式电源接入对配电网继电保护的影响及对策的研究[D].华北电力大学，2013.
[3]刘佳.含分布式电源的配电网保护技术研究[D].华北水利水电大学，2013.
作者简介
季克朗（1965-），工程师，国网浙江苍南县供电有限责任公司。endprint
摘 要 随着环境污染的加剧，我国加大了对可再生能源的研究与利用工作，因而，分布式电源以其独特的优势在电力系统中应用起来，取得了非常好的实际效果。分布式电源的应用，会导致电力系统的一些相应变化，其中，最终要的变化就是可能使配电网继电保护失效、反应错误和配合保护不匹配等。而且，由于分布式电源和原有的电源形式不同，导致配电网继电保护的故障水平也会发生相应的变化，使配电网继电保护不能正确反应，这会给电路的保护带来非常大的问题和安全隐患。本文通过相关资料的收集，对分布式电源对配电网继电保护的影响进行了系统的分析，希望对相关电力工作者带来一些启发。
关键词 分布式电源;配电网;继电保护;影响分析
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0051-02
1 分布式电源对配电网继电保护的影响
和传统的发电方式相比，分布式电源对于配电网的控制方式、并网方式的要求是不同的，因而，随着分布式电源总体容量的增加，会对配电网继电保护带来一些影响。分布式电源的发电形式不同，带来的影响也不完全相同：
1）分布式电源为燃气轮机。燃气轮机作为分布式电源的一种，在实际应用中还是较为广泛的。燃气轮机接入配电网中的方式一般为同步发电机方式，而同步发电机配备有励磁系统，一旦发生电路故障，造成电路无法正常工作时，励磁系统可以在故障发生之后为故障发生点提供一定的短路电流。短路电流的多少，和故障发生时的电压、同步发电机的电抗和励磁性质有关。
2）分布式电源为异步风力发电机。风力发电在分布式电源发电中的应用也非常广泛。分布式风力发电机接入配电网时，由于其接入配电网的方式为异步发电机方式，而异步发电机没有励磁系统，所以一旦配电网发生故障，异步发电机提供的短路电流会逐渐递减直至完全可以忽略。这期间耗时大约为十个周期。异步发电机提供短路电流是通过残余电压提供的动力，所以和传统的短路保护相比，会缩小短路保护的程度。另外，异步风力发电机接入配电网后，发生电路故障时短路电流衰减程度和故障种类、故障发生点、风力发电机容量等有关。异步风力发电机的容量和短路电流成正比，故障发生点和风力发电机的距离越大，故障电流的衰减速率就越快。
3）分布式电源为光伏电源或燃料电池。光伏电源和燃料电池接入配电网的方式和燃气轮机、风力发电机不同，应用的是逆变器的方式，应用电子装置。光伏电源和燃料电池的逆变器原理基本相同。和同步发电机和异步发电机相比，逆变器在配电网系统故障时，故障电流更加小，因而表示起来也相对简单，用最大电流和电流存在时间即可表示。光伏电源由于逆变器的特点，在发生不对称故障时，会形成三相效力相同的电动势，导致负序等效电动势的产生。这时可应用三相逆变电源序网模型进行故障分析工作。在相同容量的燃气轮机、风力发电机和光伏电源发电机三者中，故障时故障电流最大的是燃气轮机。
2 分布式电源对配电网继电保护的模型剖析
三段式电流保护方式具有对电路的保护模式简单、可靠性高、反应迅速等特点，在配电网继电保护中得到了广泛的认可。三段式电流保护由电路速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护组成，在多数情况下都可以实现对故障的快速、准确反应。但其也有自身的缺点，即在很大程度上受到配电网接线方式和配电系统工作方式影响。如下图所示。
如图，S为配电网系统，DG为分布式电源，R1、R2、R3、R4为继电保护装置，Z为配电网系统阻抗。分布式电源接入配电网后，配电网系统的潮流分布将会产生变化，从而导致故障电流的相应变化，包括大小、方向等。配电网系统和分布式电源之间的部分为双电源，而其他部分为单一电源，由图观察可以知道，当系统的短路位点发生变化时，分布式电源对各个继电保护装置的影响也不同。
当K2位点出现短路时，R3和R4是没有短路电流通过的，因而保护反应和分布式电源的接入无关。经过R2的短路电流来自配电网系统和分布式电源，继电保护装置能正确反应，切断故障线路。这个时候，R1也有短路电流通过，但是电流强度比分布式电源接入前要小，而且分布式电源的容量越大，R1的短路电流越小，分析可以知道，R1的灵敏性受到分布式电源并入的影响有所降低。
当K1位点发生短路时，R3和R4同样没有短路电流通过，因而R3和R4没有受到分布式电源接入的影响。同样的，R1的灵敏性相应减少，甚至完全失去灵敏性，通过R1的短路电流在分布式电源接入后变小。因此，为了保证系统的正常工作，在一些情况下需要合理对接入配电网的分布式电源的容量进行控制，防止由于分布式电源容量过大导致R1的拒动情况发生。
当馈线1的K3位点发生短路时，故障电流无法到达R2，因而R2的行为不会受到干扰。此时，通过R3的短路电流来源是配电网系统和分布式电源，继电保护装置完全可以正确反应、切断故障。在K3位点短路时，R1有分布式电源提供的短路电流的通过，如果分布式电源容量超过一定大小，会导致R1切断线路的错误反应，此时，分布式电源应当与配电网系统自动解除并入关系。
当馈线1的K4位点发生短路时，R2同样感受不到故障的存在，其正常动作不会受到干扰，R4中通过的短路电流来源是配电网系统和分布式电源，继电保护装置完全可以正确反应、控制故障。当K4位点短路时，R1中会有相应的短路电流的通过，而且分布式电源容量足够大时，R1会产生错误反应，对R1所在线路进行错误切断，这个时候分布式电源需要和配电网接触并入关系。
3 总结
分布式电源在我国的广泛应用，对配电网继电保护工作带来的影响应当正确分析。分布式电源的接入对配电网继电保护造成的变化主要有：分布式电源的容量不同，对配电网继电保护带来的相应变化不同;分布式电源的类型不同，对配电网继电保护带来的相应变化不同;分布式电源的容量越大，对配电网继电保护的影响越大，很可能由于电流的增加导致故障电路之外的其他电路的错误反应;分布式电源在继电保护装置的不同侧，故障保护范围的大小变化不同，分布式电源接入位置处于继电保护装置上游，使故障保护范围增大，反之减小。根据分布式电源对配电网继电保护产生的影响进行分析，有助于制定合理的应对方法提升其与配电网的适应能力。
参考文献
[1]郭路宣.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].华南理工大学，2013.
[2]卫波.分布式电源接入对配电网继电保护的影响及对策的研究[D].华北电力大学，2013.
[3]刘佳.含分布式电源的配电网保护技术研究[D].华北水利水电大学，2013.
作者简介
季克朗（1965-），工程师，国网浙江苍南县供电有限责任公司。endprint
摘 要 随着环境污染的加剧，我国加大了对可再生能源的研究与利用工作，因而，分布式电源以其独特的优势在电力系统中应用起来，取得了非常好的实际效果。分布式电源的应用，会导致电力系统的一些相应变化，其中，最终要的变化就是可能使配电网继电保护失效、反应错误和配合保护不匹配等。而且，由于分布式电源和原有的电源形式不同，导致配电网继电保护的故障水平也会发生相应的变化，使配电网继电保护不能正确反应，这会给电路的保护带来非常大的问题和安全隐患。本文通过相关资料的收集，对分布式电源对配电网继电保护的影响进行了系统的分析，希望对相关电力工作者带来一些启发。
关键词 分布式电源;配电网;继电保护;影响分析
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）22-0051-02
1 分布式电源对配电网继电保护的影响
和传统的发电方式相比，分布式电源对于配电网的控制方式、并网方式的要求是不同的，因而，随着分布式电源总体容量的增加，会对配电网继电保护带来一些影响。分布式电源的发电形式不同，带来的影响也不完全相同：
1）分布式电源为燃气轮机。燃气轮机作为分布式电源的一种，在实际应用中还是较为广泛的。燃气轮机接入配电网中的方式一般为同步发电机方式，而同步发电机配备有励磁系统，一旦发生电路故障，造成电路无法正常工作时，励磁系统可以在故障发生之后为故障发生点提供一定的短路电流。短路电流的多少，和故障发生时的电压、同步发电机的电抗和励磁性质有关。
2）分布式电源为异步风力发电机。风力发电在分布式电源发电中的应用也非常广泛。分布式风力发电机接入配电网时，由于其接入配电网的方式为异步发电机方式，而异步发电机没有励磁系统，所以一旦配电网发生故障，异步发电机提供的短路电流会逐渐递减直至完全可以忽略。这期间耗时大约为十个周期。异步发电机提供短路电流是通过残余电压提供的动力，所以和传统的短路保护相比，会缩小短路保护的程度。另外，异步风力发电机接入配电网后，发生电路故障时短路电流衰减程度和故障种类、故障发生点、风力发电机容量等有关。异步风力发电机的容量和短路电流成正比，故障发生点和风力发电机的距离越大，故障电流的衰减速率就越快。
3）分布式电源为光伏电源或燃料电池。光伏电源和燃料电池接入配电网的方式和燃气轮机、风力发电机不同，应用的是逆变器的方式，应用电子装置。光伏电源和燃料电池的逆变器原理基本相同。和同步发电机和异步发电机相比，逆变器在配电网系统故障时，故障电流更加小，因而表示起来也相对简单，用最大电流和电流存在时间即可表示。光伏电源由于逆变器的特点，在发生不对称故障时，会形成三相效力相同的电动势，导致负序等效电动势的产生。这时可应用三相逆变电源序网模型进行故障分析工作。在相同容量的燃气轮机、风力发电机和光伏电源发电机三者中，故障时故障电流最大的是燃气轮机。
2 分布式电源对配电网继电保护的模型剖析
三段式电流保护方式具有对电路的保护模式简单、可靠性高、反应迅速等特点，在配电网继电保护中得到了广泛的认可。三段式电流保护由电路速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护组成，在多数情况下都可以实现对故障的快速、准确反应。但其也有自身的缺点，即在很大程度上受到配电网接线方式和配电系统工作方式影响。如下图所示。
如图，S为配电网系统，DG为分布式电源，R1、R2、R3、R4为继电保护装置，Z为配电网系统阻抗。分布式电源接入配电网后，配电网系统的潮流分布将会产生变化，从而导致故障电流的相应变化，包括大小、方向等。配电网系统和分布式电源之间的部分为双电源，而其他部分为单一电源，由图观察可以知道，当系统的短路位点发生变化时，分布式电源对各个继电保护装置的影响也不同。
当K2位点出现短路时，R3和R4是没有短路电流通过的，因而保护反应和分布式电源的接入无关。经过R2的短路电流来自配电网系统和分布式电源，继电保护装置能正确反应，切断故障线路。这个时候，R1也有短路电流通过，但是电流强度比分布式电源接入前要小，而且分布式电源的容量越大，R1的短路电流越小，分析可以知道，R1的灵敏性受到分布式电源并入的影响有所降低。
当K1位点发生短路时，R3和R4同样没有短路电流通过，因而R3和R4没有受到分布式电源接入的影响。同样的，R1的灵敏性相应减少，甚至完全失去灵敏性，通过R1的短路电流在分布式电源接入后变小。因此，为了保证系统的正常工作，在一些情况下需要合理对接入配电网的分布式电源的容量进行控制，防止由于分布式电源容量过大导致R1的拒动情况发生。
当馈线1的K3位点发生短路时，故障电流无法到达R2，因而R2的行为不会受到干扰。此时，通过R3的短路电流来源是配电网系统和分布式电源，继电保护装置完全可以正确反应、切断故障。在K3位点短路时，R1有分布式电源提供的短路电流的通过，如果分布式电源容量超过一定大小，会导致R1切断线路的错误反应，此时，分布式电源应当与配电网系统自动解除并入关系。
当馈线1的K4位点发生短路时，R2同样感受不到故障的存在，其正常动作不会受到干扰，R4中通过的短路电流来源是配电网系统和分布式电源，继电保护装置完全可以正确反应、控制故障。当K4位点短路时，R1中会有相应的短路电流的通过，而且分布式电源容量足够大时，R1会产生错误反应，对R1所在线路进行错误切断，这个时候分布式电源需要和配电网接触并入关系。
3 总结
分布式电源在我国的广泛应用，对配电网继电保护工作带来的影响应当正确分析。分布式电源的接入对配电网继电保护造成的变化主要有：分布式电源的容量不同，对配电网继电保护带来的相应变化不同;分布式电源的类型不同，对配电网继电保护带来的相应变化不同;分布式电源的容量越大，对配电网继电保护的影响越大，很可能由于电流的增加导致故障电路之外的其他电路的错误反应;分布式电源在继电保护装置的不同侧，故障保护范围的大小变化不同，分布式电源接入位置处于继电保护装置上游，使故障保护范围增大，反之减小。根据分布式电源对配电网继电保护产生的影响进行分析，有助于制定合理的应对方法提升其与配电网的适应能力。
参考文献
[1]郭路宣.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].华南理工大学，2013.
[2]卫波.分布式电源接入对配电网继电保护的影响及对策的研究[D].华北电力大学，2013.
[3]刘佳.含分布式电源的配电网保护技术研究[D].华北水利水电大学，2013.
作者简介
季克朗（1965-），工程师，国网浙江苍南县供电有限责任公司。endprint
