含分布式电源的配电网保护研究方案综述

徐密

摘要：分布式电源（DG）大量接入配电网，使配电网成为功率双向流动的有源网路，传统电流保护不能满足保护的需求，引起保护误动或者拒动。本文分析总结了现有含分布式电源的配电网保护方案，主要分为三种：对传统三段式电流保护进行改进，采用输电线路的保护原理，采用智能设备及通信手段实现新型保护方案。

关键词：分布式电源;配电网保护;三段式电流保护;输电线路保护原理;新型保护

0.引言

我国中、低压配电网目前多为单电源辐射型供电网络，主要故障为单相接地、两相接地和三相短路三种，且80%以上为瞬时故障。我国中、低压配电网一般配置三段式电流保护，有些配备反时限过电流保护作为配合，采用三相一次重合闸，并与熔断器、分段器等自动化装置相互配合。另外距离保护、纵联保护、自适应保护及各种新型保护都是含DG的配电网保护研究热点。目前，改善的主要途径共有三种：第一，对传统三段式电流保护进行改进，如对保护的整定原则、结构以及配合进行改进，加装方向元件等;第二，采用输电线路的保护原理;第三，采用智能设备及通信手段实现新型保护方案，提高保护的自适应性。

1、对传统三段式电流保护进行改进

在传统保护基础之上，附加方向元件，判断故障区域后再利用电流保护隔离故障，但该种原理会出现保护死区，保护不能正确动作。分别利用DG等效、故障附加状态等方法改进电流保护整定值。考虑了DG分流作用，采用双整定原则，适用于运行方式变化较小的系统。在DG上游区域安装保护模块，利用故障方向和保护模塊之间的时间配合判定故障区域。利用电流幅值的变化判定故障区域，故障的上游与下游电流幅值差异大，两者之间的区段即为故障区域，此方案可以快速隔离故障区域。

2、运用输电线路中的保护原理

传统距离保护一般用于中高压线路上。配电网整定值小，过渡电阻对短路阻抗测量有较大影响，采用故障时序分量进行改进来躲过渡电阻。针对上下级线路之间的长短相差很大的问题，按照灵敏度要求调整设定的整定值，提高了距离保护的适应性。

有通道的快速电流保护配合纵联保护方案，改进了三段式电流保护，利用通信通道实现闭锁防止误动，同时由过电流II段启动快速电流保护而实现全线速动。通过控制闭锁功能的投入与否，实现传统电流三段式与快速电流保护模式的切换，对DG的接入有很好的适应性，实际运用中，无需在双端安装互感器采集信息，故比纵联保护更经济可行。由于传统的功率方向元件采用90°接线方法，易受到故障点过渡电阻影响，正方向出口三相短路有死区，针对该问题，基于正序分量的过流保护原理，利用故障前后一周期故障电流相角差，实现故障定位。对于DG接入构成的双端供电系统，只有过流元件与方向元件同时启动，才能可靠切除故障，避免了事故范围扩大。利用电压电流故障前后幅值、相量的变化等作为方向元件的判据，判定故障方向，实现配电网的保护。基于对等式通信的保护，采用多点间的纵联方向比较原理，利用关联方向与过流方向相乘而得的判据作为过流方向检测依据，目标为找到故障末端开关，使其跳闸切除故障，该方案对DG高渗透率的配电网的适应性高。

3、采用智能设备及通信手段的新型保护

在继电保护中，故障定位是至关重要的一步，采用智能设备采集故障特征信息，利用遗传算法、粒子群算法等不同算法进行故障定位。遗传算法存在早熟问题，易陷入局部最优，可以改进遗传算法或者与其他保护原理相结合。对配电网区域进行区域划分后采用免疫算法，可以避免局部收敛问题，并通过增加记忆单元避免了交叉变异过程中种群退化问题。基于广域保护，将遗传算法与区域保护相结合，避免信息采集过程中畸变等问题，正确定位故障区域。根据故障时的正序电流相位变化，建立了故障区域诊断树算法，实现了保护的容错性。

通过对故障相关区域转发搜索信号进行区域的自适应划分，根据不同故障信号在相应区域实现故障隔离与区域保护，同时利用IEC61850解决数据异步问题，减少了数据通信时间。采用分布式区域纵联保护，以智能配电终端为支撑，该方案将一个大的区域划分为许多小的区域，并在每个小区域内安装一个管理主机，形成分布式智能终端快速隔离故障的系统模式。智能配电终端实时检监测各出线电压电流，故障时根据故障方向与过流信息判断出的准确结果，在相应区域实现故障定位及隔离运算。具体保护方案采用纵联方向比较保护。该方案具有一定的灵活性与自适应能力。

基于多代理系统的集合式保护方案，将系统分为系统决策、区域保护与本地执行三层，利用广域故障信息快速判断并隔离故障，。通信系统采用光纤通信，采用全网保护实时同步采样对时方式。该种保护方案汲取了集中式与分布式的优点，采取混合式控制方式，具有一定的灵活性。

广域测控系统可为配电网监测与保护控制应用提供统一支撑平台。其结构与常规配网自动化系统类似。广域测控系统具有以下优点：兼容就地控制和集中控制等传统控制模式;支持基于对等通信的分布式控制，可以利用广域信息、性能完善、动作速度快;支持设备与应用软件的即插即用。广域保护的控制方式分为集中式和分布式两种控制方式，集中控制是将所有数据采集后集中传输到主机进行处理，涉及环节多，响应速度慢;分布式智能控制方式是分区域进行数据采集与处理，响应速度快，能满足配电网保护对速动性的要求。基于高级馈线终端单元的保护控制方案，可以快速定位故障区域，隔离故障。

总结

目前，大部分含分布式电源的配电网保护方案分为三种：对传统三段式电流保护进行改进，采用输电线路的保护原理，采用智能设备及通信手段实现新型保护方案。大部分保护方案是将DG看作为恒功率电源，未考虑DG的随机性，具有一定的局限性。不同的DG渗透率对配电网保护的影响也不同，因此需要针对不同的渗透率制定不同的配电网保护方案。

参考文献

[1] 许偲轩，陆于平，章桢等.分布式发电配电网新型充分式保护原理及方案[J].电网技术.2014（9）：2532-2537.

[2] 徐岩，卫波，张锐.距离保护在含分布式电源配网中的应用[J].华北电力技术.2013（6）：31-35.

[3] 高厚磊，李娟，朱国防等.有源配电网电流差动保护应用技术探讨[J].电力系统保护与控制.2014（5）：40-44.

[4] 丛伟，田崇稳，赵义术等.基于电压变化量幅值比较的智能配电网故障方向元件[J].电力系统自动化.2014（15）：93-99.

[5] 司新跃，陈青，高湛军等.基于电流相角突变量方向的有源配电网保护[J].电力系统自动化.2014（11）：97-103.