分布式电源接入对变电站继电保护影响的相关问题研究

余雨成

（江门市大光明设计电力有限公司 广东江门 529100）

分布式电源接入对变电站继电保护影响的相关问题研究

余雨成

（江门市大光明设计电力有限公司 广东江门 529100）

随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越大，其中电能发挥着关键的作用；电能具有生产、消费同时完成的特征，可通过电网输送到各个区域，满足人们的生产和生活需要。本文从分布式电源并网着手，阐释了接入分布式电源后对变电站继电保护的影响，为接入分布式电源后变电站的供电模式提供了借鉴经验。

分布式电源；变电站继电保护；影响

电能在我国的现代化建设中发挥着日益重要的作用，随着光伏、风能、潮汐等新能源产业的兴起，采用分布式发电（DG，distributed generation）的方式有着众多的优势，它和传统的集中发电的方式相区别，分布式发电多采用接入中低压配电网的方式，导致原有变电站高低压侧均存在电源，因此，本文主要关注分布式电源对变电站继电保护的影响，以促进变电站的良好运行。

1 分布式电源的分类

分布式电源与传统发电形式的区别是：它可采用能量密度较低的太阳能、风能进行发电，对应于小规模的发电，可就近接入附近配电网，具有一定的经济性、高效性和可靠性。根据分布式发电所采用的能源不同，可以将分布式发电技术分为四类：

1.1 往复式发电技术

往复式发电技术把化石燃料、沼气等作为主要燃料，通过热机做功发电，这种发电形式由来已久，除大型火力发电外，大多作为备用电源，通常在网电临时中断时对其进行利用。

1.2 燃料电池技术

燃料电池是把储存的化学能以一定的形式转变为电能。其在正常运行中，不进行燃烧，不会产生剧烈的化学反应，其内部的氢和氧在电解质的作用下发生氧化还原反应，从而释放能量。燃料电池是一种较为环保的发电技术，其产出的副产品只有少量的水等[1]。

1.3 太阳能发电技术

太阳能发电技术是将太阳能直接或间接转换成电能，一类是太阳能光发电，另一类是太阳能热发电。随着光伏电池的发电效率提高，太阳能光发电的利用越来越广泛，其技术也比较成熟。可以直接实现太阳能向电能的转化，不需要消耗任何燃料或工质，便于布置在建筑物屋顶，安装形式灵活，具有运行安全、无污染等优点。

1.4 风力发电技术

风力发电技术主要是利用风能进行发电，由于各区域的压强和温差不同，空气运动的速度也会有所不同，因此可以利用其差异来获取风能，目前风能技术的发展速度很快，发展前景较好。

此外，目前还有一些已投入商用的分布式发电技术，比如潮汐发电技术、地热发电技术等，它们也被陆续挖掘、改进以提高其商用价值，促进发电技术的更快发展。

2 线路故障时DG接入对系统重合闸的影响研究

目前分布式电源主要采用就近接入地区配电网的方式，一般配电网采用链式或环网结构，正常运行时由单侧电源供电，分布式电源采用T接方式接入该配电网，本文对变电站继电保护的影响主要针对分布式电源采用T接方式接入配电网后对原有系统的影响，如图1。

图1 分布式电源T接配电网络图

2.1 非系统电源侧故障时对线路重合闸的影响

在配电网系统中，正常运行时一般采用单端供电，由于架空线路80～90%的故障都是瞬时性故障，待该类故障消失后，可采用自动重合闸的方式恢复配电网正常供电运行，提高系统可靠性。

而在变电站的中低压配电网接入了分布式电源DG后。若在DG下游处发生瞬时性故障时，即在图1的d2或d3处，此时分布式电源和总电源之间无需断开连接，只需断开#4或#7处开关即可切除故障，分布式电源与系统仍存在电气联系，对故障点而言仍可看作为单一方向的电源供电，所以此时在#4或#7处重合闸操作时，与配电网未接入分布式电源前的系统是一致的，不会发生重合闸不同步的现象，若可以及时排除故障d2或d3处，则可以恢复这个配电网的正常供电运行，系统可靠性与原来一致。

2.2 系统电源侧故障时DG接入对系统进线重合闸的影响

如果在DG的上游处线路发生故障，如图1的d1处，系统侧#1开关跳开后，DG及其后侧网络可能会形成独立运行的孤岛，即DG继续向整个配电网以及故障点d1提供电流，导致d1处的故障无法消除，系统侧的重合闸操作将不成功，同时，配电网侧的孤岛难以与系统侧保持同步，重合闸过程可能会产生了非同步的现象，导致形成过电压、冲击电流等，对配电网侧及分布式电源造成破坏。

若在变电站的高压侧配电网接入了分布式电源，如图2所示。

图2 DG机组连接110kV母线接入变电站

当F1点发生故障时，则#1和#2开关可自动切断线路（110kV线路采用差动保护时可跳开线路两侧开关），这会使系统电源和变电站解除并列关系。但此时DG机组还连接在变电站上，此时F1后侧可能会形成独立运行的孤岛，所以位置#1的重合闸设备不能实现检无压重合，加上DG机组发电容量小于S的容量，DG机组可能不能满足其下游的用电需求，此时孤岛将会产生不稳定的情况，系统总电源和DG分布式电源的电压差、相位差不能满足同期合闸的标准，不能进行同期合闸[2]。

因此，对于系统电源侧故障时，系统侧开关采用自动重合闸功能能否起到预期作用，取决于DG能否及时退出运行、并避免形成孤岛，如DG能在其前端线路故障后及时退出系统，则此时系统与未接入分布式电源前的系统是一致的。待系统恢复正常后DG再并入网络，可恢复原有运行方式。

2.3 分布式电源防孤岛保护

当电网线路因故障或停电维修时，分布式电源未能及时脱离公用网络形成分布式电源与周边负载组成一个自给供电的孤岛。该孤岛会危及维修人员的安全，且其提供的电压和频率不稳定，当电网恢复供电时会产生相位不同而导致过电压和冲击电流等不利情况。因此，DG应具备防孤岛功能，当其与主系统不能同步运行时，应及时退出DG或者断开其并网点，可有效防止电网侧重合闸失败。但要注意其动作时间应与系统侧重合闸时间整定相互配合。

目前防孤岛保护的主要检测方法有两种：①被动检测，通过检测系统电气量变化来确定是系统是否出现故障；②主动检测，通过注入信号的反馈来判断电网的运行状态。防孤岛保护装置应安装在DG的入口处。

3 DG接入对变电站电流保护的影响

3.1 电源进线段故障时DG接入对变电站电流保护的影响

图3 分布式电源DG的故障系统图

如图3所示，当DG机组与系统电源相连后，如果d处发生故障，DG机组和系统电源S同时为故障的线路提供电流，此电流为短路电流。当DG机组没有接入系统电源时，只有S可以为故障线路输送短路电流，而DG机组的接入就增加了短路电流的供给，故障点短路电流更大，DG机组等值电抗标幺值的计算公式如下：

XDG=Xd%/100×Sb/Sn

式中：XDG是DG机组等效电抗标幺数值；Xd%是机组电抗的百分值；Sb是三相功率的标准数值；Sn是发电机的额定数量值。因此，短路电流的增量不仅和和DG机组的等效电抗标幺数值有关，还和电源S的等效电抗标幺值的数值有关[3]。

3.2 DG接入对变电站原有继电保护的影响

3.2.1 正向助增的影响

对图2，当供电系统下游处发生故障，即F2点发生故障时，由于DG机组的接入增大了系统整体的容量，对该点处过流保护起到一定的效果，提高它的灵敏度和灵活性。但是，当DG机组的电流增量较大时，前一级电流保护范围可能延伸至下一级，使原有保护失去选择性，此时需要对全段线路的过电流保护进行重新整定计算，避开电流增量对它的冲击，提高它的稳定性。

3.2.2 反向助增的影响

可以把DG机组作为位置#7当做其防护的后盾，当F2或者F1产生故障时，DG机组在#7处的过流保护影响的程度由运行的时间来定，如果反向助增电流的时间较小，没有超过过流保护的限制，则运行的时间可以延长，此时可以在#7处增加功率方向检测装置，使其正面功率的方向一致，这样可以使保护7和保护5、6相辅相成，可以有效避免反向助增电流的副作用，增强下游过流保护的灵活性。

3.3 DG接入对变电站距离保护的影响

如果故障出现在系统电源进线处，则不会对变电站的距离保护产生重大的影响，如果故障发生在非系统电源进线处则要分三段来进行分析。在Ⅰ段的动作时间较短，距离保护同时对电压和电流增量做出反应，因此Ⅰ段的保护基本上不受影响。Ⅱ段属于限时过流保护，其较Ⅰ段的时间长，例如当F2点处发生故障时，则会增大Ⅰ处的阻抗，所以这就缩小了Ⅰ处和Ⅱ段的距离，降低其灵活性[4]。而距离保护Ⅲ段的时限较长，助增电流通过该段时电流的作用很弱，所以对距离保护Ⅲ段也并无太大影响。

4 结语

随着光伏、风能等新能源产业的发展。分布式电源接入变电站将成为一个常见的现象。分布式发电靠近用电侧，可与传统的集中发电相辅相成，提高电网运行的可靠性，本文通过对分布式发电的类型的介绍，并以DG机组接入配电网为例，分析了分布式电源对变电站继电保护的影响，以在以后工作中及时避免风险增大的接入方式，减少分布式电源接入后对原有保护的不利影响，促使变电站维持原有运行的稳定性和可靠性。

[1]潘亮.分布式电源接入对变电站继电保护影响探究[J].科技与企业，2012，22：147.

[2]祁欢欢，荆平，戴朝波，赵波.分布式电源对配电网保护的影响及保护配置分析[J].智能电网，2015，01：8～16.

[3]季克朗.分布式电源对配电网继电保护影响的分析[J].硅谷，2014，22：51～52.

[4]张兰英.分布式电源接入配电网的继电保护影响分析和解决方案[J].科技与企业，2015，22：255.

TM773

A

1004-7344（2016）18-0039-02

2016-6-1

余雨成（1987-），男，助理工程师，本科，主要从事电气二次设计工作。