含分布式电源的配电网保护方案综述

(华北电力大学电气与电子工程学院 北京 102206)

含分布式电源的配电网保护方案综述

李幸芝

(华北电力大学电气与电子工程学院北京102206)

随着环境问题和能源危机的日益突出，新能源及其控制技术的不断发展完善，配电系统中分布式电源(Distributed Generation，DG)的容量不断增加，配电网原有保护的动作特性发生了变化，原有的传统配电网保护很难继续适用。为了提高电力系统的供电可靠性，必须对DG对原有保护的影响进行研究分析，从而对含DG的配网保护改进方案进行了全面地综述研究，对含DG的配网保护的研究有一定参考价值。

分布式电源；配电网；继电保护；故障特征

一、引言

分布式电源(distributed generation，DG)通常是指利用分散式可再生或环境友好型能源，装机规模小，通过10(35)kV及以下电压等级接入电网，具有调峰、再生能源的利用、节省投资、降低网损、提高供电可靠性等效益[1]。

当分布式电源接入到配电网后，配电系统由原来的单电源放射状网络变成多电源供电的复杂网络，这使得其中的潮流分布及短路故障电流的大小、流向和分布均发生了根本性变化，这也将打破传统配电系统中保护之间的配合关系，保护动作的可靠性受到严重影响[2]，因此，对含DG配电网的保护方案的研究已经成为未来电网发展所迫切需要解决的难题之一。

二、分布式电源对传统配电网保护影响

基于中低压配网单电源辐射供电的特点，配电网中主要采用三段式电流保护或者反时限过电流保护。DG的接入对系统的三段式电流保护、过电流保护、反时限过电流保护、距离保护、重合闸等原有保护造成了影响，同时可能造成不可控孤岛运行情况，影响供电质量和人员安全。

(一)对重合闸的影响

当DG接入配网后，相应的配电线路会变成双侧电源供电，重合闸的动作需要考虑到两侧保护的时间配合问题与两侧电源的同步问题[3]。

(二)潮流方向

传统配电网中，单端辐射状网络，潮流方向固定，当发生短路的时候，故障电流的方向也能确定。而当DG接入配电网之后会改变配电网原先的拓扑结构，其对配网潮流方向的改变根据其运行方式的不同而不同。

(三)对短路电流的影响

在短路时短路电流值会受到影响，流过保护的短路电流值会发生变化，并且这种变化是不定向的，无法预测，随着故障位置和DG的运行状态不同，流经保护处的故障电流值会增大或减小。

(四)孤岛运行

配电网中的故障一般由距离故障地点最近的保护继电器切除。如果故障发生在DG接入点上游，则DG会为已经从配电网隔离的部分负荷提供电能，如果DG的容量不足以提供额外增加的负荷，就会出现过载现象，最终导致停机。如果与主电网隔离的孤立系统，负荷用电全部由DG提供，则该种情况称为孤岛运行。

三、配电网保护改进方案

随着DG接入量持续增加，国内外相继提出了各种不同的解决方案，主要可以归结为以下几点。

(一)配网故障时及时切除DG

DG接入配电网对其继电保护产生不同程度的影响，为了解决此类问题，当配网发生故障时，及时切除DG，即传统的配电网不会受到任何影响。此方法对原保护来说，改动最小，成本最低，但仍有很多问题：故障发生时，DG单元需要检测到故障后再退出。

(二)限制DG容量及接入位置

因不能保证在故障发生时及时将DG从配电网中切除，故文献[4]中提出了通过限制DG的容量和改变接入配网的位置来减少对配网的影响；文献[5]在保证继电保护可靠动作的前提下，分析了DG接入数量、接入位置、组合方式以及线路参数等多个方面对其准入容量的影响。

(三)改变配电网的保护配置

在原保护的基础之上加装方向判别元件，可将输电线路中成熟的保护原理和方案应用于配电系统中，还能采取网络化数字保护，将DG的影响降到最低。

(四)引入故障限流器

其主要思想是在故障发生时引入FCL，将故障电流降至最小甚至消除，并且在配网正常运行时，FCL不会对配网产生任何不良影响。

四、结论

研究DG接入的配电网保护方案，是保障供电可靠性及安全稳定运行水平的重要手段。本文在分析DG接入对原有保护影响的基础上，对含DG的配网保护改进方案做了综合研究，主要包括：(1)限制及时切除DG、(2)限制DG容量及接入位置、(3)改变配电网的保护配置、(4)引入故障限流器。其中方案(1)从限制DG对配电网影响的角度出发，不改变原有保护，经济性好，但适应性差，需要与其他方案相结合，从而提高DG的准入容量；方案(2)如果不改变配电网的原有保护配置，则DG的准入条件将会受到很大限制；方案(3)本质上是用允许式方向纵联保护的方案来代替了原有距离保护方案，使配网更可靠；方案(4)能够减弱DG接入对原有配网保护的影响，减小对DG接入的限制，但该方法仍然存在问题，如故障时DG对系统稳定支持不足。

综合上述4种方案，具体设计时，需从配网DG情况等多方面进行量化评估，同时采用相应的优化策略，在满足继电保护四性的基础之上，研究出经济高效和更具扩展性的方案。

[1]李琼慧,黄碧斌,蒋莉萍.国内外分布式电源定义及发展现况对比分析[J].中国能源,2012，34(8):31-34.

[2]孔祥平,张 哲,尹项根等.含逆变型分布式电源的电网故障电流特性与故障分析方法研究[J].中国电机工程学报,2013,33(34):65-74.

[3]尚瑨，邰能灵，刘琦，等.考虑分布式电源的配电网保护改进方案研究综述[J].电力系统保护与控制，2012，40(24)：40-45.

[4]袁超，吴刚，曾祥君，等.分布式发电系统继电保护技术[J].电力系统保护与控制，2009，37(2)：99-105.

[5]王江海，邰能灵，宋凯，等.考虑继电保护动作的分布式电源在配电网中的准入容量研究[J].中国电机工程学报，2010，30(22)：37-43.

李幸芝(1996-)，女，汉族，四川巴中人，本科，华北电力大学，电气工程及其自动化。