主动配电网继电保护的影响因素分析与研究

摘 要：主动配电网的保护问题需要引起充分重视，其内部存在许多分布式电源及其运行方式的多样性可能引起保护装置拒动、误动以及重合闸失败等问题。文章围绕主动配电网保护影响因素进行分析，包括分布式电源和储能设备、故障时分布式电源的隔离策略、不同的控制和运行模式等。

关键词：主动配电网；分布式电源；继电保护；影响因素

1 概述

随着新能源开发利用力度的不断加强，分布式发电技术也得到快速发展。由于传统被动式配电网对分布式电源的吸纳能力有限，为了进一步提高电力装备的利用率以及配电网对新能源的渗透率，因而主动配电网技术逐渐成为在可预测未来的发展方向。同时，主动配电网也随着智能电网技术发展而发展，并是其发展到高级阶段的产物。与传统的配电网相比，主动配电网可配置较高比例的可控分布式电源，其网络拓扑相对灵活，并建有集量测、控制与保护系统一体化的具有协调优化管理功能的管控中心。

2 主动配电网继电保护的要求

主动配电网已逐渐成为第三代电网，由于其内部双向潮流问题和主动管理模式，其继电保护与传统配电网相比有着明显的区别，主要为表现为以下几个方面：（1）主动配电网在运行过程中，其内部分布式电源通常以并网和孤岛方式运行，两种不同的运行模式其采用的网络拓扑也不相同，从而其短路电流方向和大小也有区别，并且差异明显；（2）主动配电网在管理和控制上的主动性以及需求侧响应等特点使其网络规模庞大，错综复杂，同时分布式电源接入点比较分散，电力用户的用电模式多样，然而与配电系统的互动性增强；（3）由于大量的分布式电源接入配电网，配电网的网络结构也通常由辐射状单端型供电网络逐渐变成变成多端供电网络，因而传统的无方向的三段式电流保护不再适用于主动配电网；（4）在发生故障后，分布式电源和储能设备与主动配电网之间的不同隔离策略直接影响其继电保护装置。在主动配电网与分布式电源隔离策略以及配电网运行方式不同时，满足保护无论是在分布式电源并网运行模式还是在孤岛运行模式，无论负荷侧的需求如何响应，都应具有对故障高度适应性的识别处理能力、对其故障的快速检测能力，并能有效保证继电保护装置具有灵敏性、选择性和可靠性等要求，也是对主动配电网继电保护的基本要求。

3 分布式电源和储能设备对继电保护的影响

由于分布式电源和储能设备的接入配电网，其初始的拓扑结构将发生相应变化，同时分布式电源出力的波动性和随机性，将会引起故障电流的方向和幅值发生改变，然后导致保护误动作、拒动作、故障水平变化与非同期重合闸。中压配电网的传统故障处理方法一般并没有考虑分布式电源与储能设备接入，譬如配电网故障段自动隔离、自动重合闸以及潮流转移等基本操作，但是接入分布式电源将会影响这些操作的安全性和可靠性。由于分布式电源的接入，馈线发生故障后，若自动重合闸装置不能实现同期合闸将会破坏分布式电源，从而引起整个电力系統的震荡。此外，在配电网潮流发生转移时，其内部接入的各种分布式电源可能引起馈线的短路电流超过限值。在配电网瞬时故障后，若分布式电源并能实现及时断开，则重合闸操作将会引起大电流或者导致逆变器出现跳闸。

4 隔离策略对主动配电网继电保护的影响

分布式电源与主电网之间的隔离策略，即主动配电网发生故障时，分布式电源与配电网之间的连接点保护动作最优化策略。根据主动配电网中故障位置的不同，可将并网点保护分为三类，即分布式电源侧的保护、系统侧的保护和反孤岛保护。根据被动式控制技术，配电网发生故障时分布式电源应退出运行，从而驱除分布式电源和储能设备对保护产生的影响；当配电网侧发生故障时，若分布式电源并网点处不动作，则在主动配电网中其分布式电源将以故障穿越模式运行，然而原有保护装置并不具备方向识别能力，从而可能引起故障长时间存在，最终导致更为严重故障。当配电网中某位置发生故障时，应根据具体情况，可允许分布式电源维持对非故障区域内重要负荷保持连续供电。可见，在保护整定前，需全面考虑隔离策略对保护引起的影响。

5 不同控制模式对主动配电网保护的影响

分布式电源、负荷、储能设备以及其他电器设备的配合使用与协调控制，可有效提高主动配电网供电的可靠性，并能显著增强配电网对新能源的吸纳能力。因而主动配电网一般采用三种控制模式，如集中式、分散式和混合分层式。当其处于集中式控制模式下，各测量点将所测电气量实时发送至配电网中央控制器，然后由中央控制器向各个配电区域内的电源、负荷、储能以及其他中间设备分别传递控制指令，从而维持主动配电网正常运行，显然该控制模式的可靠性相对较差。分散式控制模式对配网结构适应能力较强，配电网中的各种设备其规模几乎不受限制，本地控制器根据本地数据信息，然后再与相邻设备传递过来的数据进行对比分析，最后发出控制指令。混合分层式，其是最有应用前景的主动配电网管理模式，该模式采纳多层次管理结构，并几乎全部具有集中式和分散式的共同优点。其中处于控制结构最高层的为能量优化管理层，其中间层根据上层传递命令，计算得最优运行参数然后传递至底层控制器，最终实现对主动配电网的有效管理和控制。

6 不同运行模式对主动配电网继电保护的影响

主动配电网可采用分布式电源联网和孤岛运行两种模式，而其孤岛又可进一步划分为计划孤岛和非计划孤岛两种模式。当配电网以孤岛模式运行时，若其内部出现短路故障，其分布式电源的逆变器保护将会立即动作，并且逆变器本身采用的限流措施也限制分布式电源产生的短路电流。以并网模式运行时，分布式电源和主电网均向故障点提供短路电流，因此其故障特性与传统的配电网相似。然而以孤岛模式运行时，由于控制方式的不同，逆变器也会出现限流效用，从而使其不能显著增加故障电流。针对这种现象，由于电流的变化而引起动作的过电流保护，使得继电保护很难准确可靠动作。

7 结束语

本文基于保证主动配电网系统安全性和稳定性，首先阐述了对主动配电网继电保护的基本要求，然后重点介绍主动配电网其继电保护的影响因素，主要分别包括分布式电源和储能设备、故障时分布式电源的隔离策略、不同的控制和运行模式等因素对主动配电网保护的影响。

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作者简介：王少峰（1984-），男，江西省上饶人，工程师，毕业于上海电力学院电力系统及其自动化专业，现研究方向为电力系统继电保护。