分布式电源并网条件下的配电网继电保护设计

卢灿燏

（焦作煤业（集团）有限责任公司供电工程分公司，河南 焦作 454000）

0 引 言

随着新能源技术的不断发展，分布式电源作为一种重要的可再生能源，逐渐走进人们的日常生活。然而，分布式电源并网过程中面临着严重的配电网继电保护问题，成为了人们关注的焦点。如何在确保配电网安全稳定运行的同时，充分利用分布式电源的优势，成为了急需解决的问题。因此，本文针对分布式电源并网条件下的配电网继电保护设计进行深入探讨。

1 分布式电源接入对配网继电保护的影响

1.1 分布式电源接入位置的影响

分布式电源的接入位置会对配网的继电保护产生影响。一方面，如果分布式电源靠近变压器的高压侧，会对主保护的动作产生影响，可能导致保护动作延迟或者误动。这是因为分布式电源会导致电流和电压产生波动，从而影响保护装置的正常工作。另一方面，如果分布式电源位于配电网的分段线路处，会对分段保护的动作产生影响，导致保护范围发生变化，影响配网的稳定运行[1]。

1.2 分布式电源接入容量的影响

分布式电源的接入容量也会对配网的继电保护产生影响。随着接入容量的增加，配电网的短路电流可能会发生变化，影响继电保护装置的动作范围和灵敏度。为确保继电保护装置的正常工作，需要对配网的短路容量进行合理的校验和调整。同时，分布式电源的并网要满足相关安全标准，防止过电流和过电压对配网造成冲击。

1.3 分布式电源接入对重合闸的影响

首先，分布式电源的启动和停止可能会引起电压和电流的波动，影响重合闸的正常工作；其次，分布式电源的输出特性可能与配网的运行需求不匹配，导致重合闸无法正常工作；最后，如果分布式电源的故障处理能力不足，可能会引发连锁故障，进一步扩大停电范围。因此，为确保重合闸的正常工作，需要对分布式电源进行合理的控制和管理。

2 对配电网电流保护的改进

2.1 电流保护改进

在传统的配电网中，电流保护是确保电力系统安全稳定运行的重要手段。然而随着分布式电源的广泛应用，传统的电流保护机制已无法满足新的特殊需求。传统的电流保护依赖电流的变化来启动保护动作，当电流超过预设值时，保护装置会立即跳闸，防止设备损坏和电力中断。在分布式电源接入的配电网中，这种保护机制存在明显的局限性，因此需要对电流保护进行改进。电流保护改进措施如图1 所示。

图1 电流保护改进措施

第一，引入新型电流传感器。使用新型电流传感器可以更准确地测量电流的变化，提高保护动作的准确性。同时，这些传感器能够适应分布式电源接入带来的复杂电流环境。第二，改进保护算法。通过对保护算法的改进，可以使保护装置适应分布式电源的随机性和间歇性，避免发生因电源的突然启动或停止而导致的误动作。第三，增强对分布式电源的监测。通过增强对分布式电源的监测，可以实时了解电源的运行状态，为保护装置提供更准确的信息。

通过对电流保护的改进，可以在分布式电源接入的配电网中实现更好的保护效果。这不仅可以提高电力系统的稳定性，也可以降低因保护装置误动作而导致的损失。相关研究者需要不断进行深入的研究和创新，以适应电力系统日益复杂的现实需求[2]。

2.2 基于广域网过电流保护

基于广域网过电流保护是利用通信网络和智能电力设备对配电网的过电流进行保护。相较于传统的过电流保护，这种保护方式具有更高的智能化和精确度，能够实现更快速、更准确的故障检测和定位。智能化通信技术和智能化保护装置是2 种基于广域网过电流保护的改进方法。

智能化通信技术是利用现代通信技术，如物联网、云计算和大数据分析等，实现配电设备之间的信息交换和数据共享。利用智能化通信技术，可以实时监测电网状态、故障信息和负载情况，从而更准确地判断过电流故障并采取相应的保护措施。

智能化保护装置是采用智能化保护装置和广域网通信技术，实现对配电网的远程监控和智能保护。智能化保护装置能够实时获取电网参数，且能够根据实时数据进行自适应调整，以提高保护的准确性和可靠性。同时，智能化保护装置可以实现对配电设备的远程控制和操作，提高配电网的运行效率和安全性。

通过以上2 种改进方法，基于广域网过电流保护能够更好地满足现代化配电网的需求，提高配电网的智能化水平和可靠性，从而确保电网运行的安全性和稳定性[3]。

3 应用输电线路中的继电保护原理

3.1 距离保护应用

距离保护基于电力系统中电流和电压之间的关系来判断故障的位置，是一种常用的继电保护方式。其原理是根据故障点到保护装置的距离来判断故障的位置，从而实现对故障的快速定位和隔离。距离保护主要应用于输电线路，能够有效保护线路免受短路、接地故障等故障的影响。距离保护应用结构如图2所示。

图2 距离保护应用结构

3.1.1 故障定位

距离保护可以通过测量电流和电压的相位差来判断故障点的位置。当线路发生故障时，距离保护装置会根据电流和电压的变化来计算故障点的距离，并将信号发送给断路器或隔离开关，以实现对故障点的快速隔离。这样可以减少故障对整个输电系统的影响，从而提高系统的可靠性和稳定性。

3.1.2 过电流保护

距离保护还可以用于过电流保护。当线路上发生过电流现象时，距离保护装置会根据电流的大小和持续时间来判断是否存在故障。如果电流超过设定的阈值，距离保护装置会发出告警信号，并触发断路器或隔离开关保护线路，避免受到过电流的损害。

3.1.3 负荷分配

距离保护还可以用于负荷分配。在输电线路中，不同的线路段可能承载不同的负荷。距离保护装置可以根据电流的大小来判断线路段的负荷情况，并根据需要进行负荷分配，以确保各线路段的负荷均衡，提高输电效率[4]。

3.2 纵联保护应用

在电力系统中，输电线路的保护至关重要。继电保护是电力系统安全的重要组成部分，能在故障发生时迅速切断电路，防止故障范围进一步扩大。其中，纵联保护是一种特殊的继电保护方式。其通过线路两侧的通信来协调保护动作，具有较高的灵敏度和可靠性。纵联保护的基本原理是在线路两侧同时启动保护动作，通过传送信息来比较线路两侧的电气量，如电流、电压、功率等，以判断故障的位置和性质。一旦发现故障，保护装置会立即切断电路，防止故障范围扩大。这种方式能够最大限度地提高输电线路的稳定性和安全性。随着科技的发展，纵联保护在不断进行创新和发展，为电力系统的安全稳定运行提供了强有力的保障[5]。

4 配电网继电保护设计

4.1 自适应故障区域保护设计

在配电网的继电保护设计中，自适应故障区域保护设计是一种极具创新性的方法。该方法利用一种具有较强自适应性的故障相关区域划分方法，不仅可以增强保护装置的选择性和速动性，还降低了配电网对通信系统的依赖性。同时，利用配电网的实时运行数据，如电流、电压、功率以及环境参数等，精确地识别出故障区域。自适应故障区域保护设计不仅能适应配电网的复杂性和动态性，还能根据实际情况进行自我调整，以提高保护的准确性。同时，该方法具有较高的可靠性。其不依赖通信系统，因此不受通信系统故障的影响，即使在通信系统故障的情况下，也能确保保护的正确性。然而这种方法对通信系统的带宽占用率较高，可能会影响其他业务的正常运行。

4.2 智能保护设计

智能保护设计是一种基于多Agent 的保护方案。Agent 是一种抽象的软件机制，能够充分利用计算机的智能作用和电力系统固有的分布性，构建高效、稳定的保护系统。在智能保护设计中，多个Agent 被组合成一个保护系统，每个Agent 都有自己的任务和职责，共同形成一个层次化的组织结构。智能保护设计结构如图3 所示。

图3 智能保护设计结构

该保护系统不仅能对配电网的运行状态进行实时监测，还能根据实时数据和历史数据进行分析和预测，以及时发现故障问题并采取相应的保护措施。同时，Agent 之间的交互能够实现对保护系统的分布式控制，使保护系统更加灵活和可靠。此外，智能保护设计还采用了先进的控制算法，如模糊控制、神经网络等。这些算法能够使保护系统更加智能化，从而更好地适应配电网的复杂性和动态性。

5 结 论

文章主要研究分布式电源并网条件下的配电网继电保护设计，提出了自适应故障区域保护设计和智能保护设计两种保护设计。这2 种设计方法具有较强的自适应性、速动性和可靠性，能够有效保护配电网的安全运行。同时，智能保护设计在控制上更加灵活和可靠，能够减少对通信系统的依赖性。为了充分发挥这2 种设计的潜力，需要相关工作人员投入更多的研究和开发工作。