含分布式电源的配电网继电保护方案研究综述

林俐

【摘 要】分布式电源接入配电网之后，对原有的配网保护产生了很大的影响，本文从影响重合闸、潮流方向、短路电流、孤岛运行等四个方面进行了总结分析，综述了国内外主要的一些含分布式电源的配网继电保护措施以及各自的一些优缺点，对于进一步的方案改进有一定的意义。

【关键词】分布式电源；继电保护；配电网

【Abstract】After the distribution network connected to the distribution network， it has a great influence on the protection of the distribution network. The effects of the four aspects， such as the influence of the coincidence gate， the current direction， the short circuit current and the isolated island operation， are summarized and analyzed in this paper. Summary the relay protection measures and some advantages and disadvantages of the distribution network with distributed generation. It has a certain significance for further improvement of the program.

【Key words】Distributed generation； Relay protection； Distiribution network

0 引言

分布式电源是指不直接与集中输电系统相连的35kv及以下电压等级的电源，主要包括发电设备和储能装置两部分。随着不可再生能源的短缺，分布式电源受到的关注越来越多，在其接入电网后一方面可以缓解用户对电力供应的需求，但另一方面给配网的稳定性带来了很多的影响。优点主要有：（1）分布式电源可以增大电网的容量削峰填谷；（2）节省输电线路和电厂的建设费用；（3）根据具体需求就地安装消费，减少线路损耗；（4）出现故障时，可孤岛运行给用户继续供电。但其缺点也很明显：（1）在电力系统中大量接入分布式电源会给其调度、运行和规划带来困难；（2）使潮流方向发生改变，导致了系统潮流预测愈加困难；（3）分布式电源并网运行产生谐波，给系统带来电能质量问题；（4）改变了系统的故障电流，影响了继电保护动作的可靠性和安全性；（5）如果形成了非预期的孤岛，则会损害电力设备，并可能对维修人员的安全造成威胁[1]。

1 分布式电源对配电网保护的影响

分布式电源接入配电网，会给配电网继电保护带来很大的影响，增加了继电保护设置和整定的难度。

1.1 对重合闸的影响

目前，自动重合闸已被广泛使用，可能会使含DG的配电网在故障时出现以下几种现象：（1）配网处于孤岛运行状态，部分负荷由DG供电，此时若自动重合闸动作，则会导致重合闸失败。（2）DG在馈线断路器跳闸后持续供电，故障点电弧无法熄灭，导致自动重合闸失败[2]。

当瞬时性故障发生时，自动重合闸能够迅速恢复供电，但是当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]。

1.2 潮流方向

当DG接入配电网后，有可能出现逆向潮流，尤其是当DG装机容量较大时，超过本地消耗的电能，配网潮流方向会发生变化。

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，潮流的不定向性也会使传统的无方向性电流误动。

1.3 对短路电流的影响

当DG并网运行时，即便潮流方向不变，在短路时短路电流值都会受到影响，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。

这些故障电流值的具体变化情况随配电网中DG种类和接入数量的增加而变得更加的复杂。如配电网仍采用原有保护配置方案，从保护可靠性的角度考虑，DG的接入点、接入数量和准入容量等都会受到很大的限制。

1.4 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清除。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。

孤岛运行的危害主要有以下几点：（1）维护人员误接触带电导体而由此造成触电；（2）DG的孤岛系统的电能质量无法保证；（3）故障发生之后，有的电网仍处于孤岛运行状态，此时若自动重合闸动作，可能会造成此类电网因为非同步合闸使故障进一步地扩大，导致供电恢复的时间延缓。

2 含DG的配电网保护方法

DG接入量持续增加，渗透率不断提高，DG对配网保护的影响也愈发引起人们的重视，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：（1）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；（5）自适应保护新方法；（6）基于多代理系统的保护方案。

2.1 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[4]。

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。现在一些标准要求并网DG在故障发生后和自动重合闸之前要从电网中切除，但实际运行中，并不能保证一定会做到，故仍会对保护造成很大影响。

2.2 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[5]和文献[6]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[7]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，最后的实验结果表明，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，故该方法仍具有一定的不完善之处。

2.3 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。文献[8]提出一种保护配置方案，文章具体分析DG接入后对原有配电网距离保护的影响，该方法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。

2.4 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。在文献[9]和文献[10]提出采用FCL的方案，当放生线路发生故障时接入限流装置，减小短路电流，DG带来的影响则会随着线路阻抗的增大而减小。

故障限流的方法能够减弱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。

2.5 自适应保护

自适应保护的思想是尽可能地让保护适应电力系统的变化，改善保护的性能。文献[11]中提出自适应保护的方法，存储基准信息，对线路的各个电气量实时采样计算，然后将两者比较，根据结果来确定故障范围和对此故障应该采取的保护方案。但是该方法需要对每个点进行信息采集，而配电网络的覆盖面广，运行维护较困难。文献[12]也提出自适应保护方法，该文献是用计算机对电网的运行状况进行实时监控，依据系统运行方式的变化，使保护装置的定值能够进行动态调整。

2.6 基于多代理系统的保护方案

在配电网中构建通信网络，引入智能终端采集线路、DG、断路器等单元的模拟量和状态量信息，再将这些信息通过通信网络进行汇集，通过对多点信息的综合分析判断，实现故障的准确定位，并发送指令给相应断路器，切除故障[13-14]。

文献[15]和文献[16]提出了基于智能方法的保护方案，该方法主要基于配电网自动化，采用多Agent机制。它的最大优势是可以反映本地信息，可以通过与其它系统的通信交互共享整个网络各检测点的信息，保证了整个网络各保护Agent的工作协调性，从而达到保护动作精准快速，但是该方案需要依靠复杂的、高度可靠的通讯网络。

3 结束语

DG接入电力系统有效地改善了系统稳定性、可靠性和经济性，但若接入配网时与继电保护配合不好，将使系统可靠性降低。从整体看，含DG的配电网保护应该是基础保护和基于通信机制的多点信息保护的融合。具体设计时，我们需从配网、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，来研究出经济高效和更具扩展性的方案。

【参考文献】

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[责任编辑：王楠]