不同分布式电源位置对电流保护的影响分析

李轩

摘 要：分布式电源作为新一代的发电方式越来越受到人们的重视，并不断地发展成熟。分布式电源除了具有环保节能，经济灵活的优势外，其接入也会对配电网的运行方式、电压分布、继电保护、稳定性以及安全性等一系列问题产生影响。

关键词：配电网；分布式电源；继电保护；系统潮流；光伏电池；输出功率

分布式发电（DG-distributed generation）是一种新兴的电力电源技术。分布式电源是指直接布置在配网或分布在负荷附近的功率为数千瓦至50 MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。DG包括功率较小的内燃机、微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池和风力发电等。分布式电源具有调峰、再生能源的利用、节省输变电投资、降低网损、提高供电可靠性等效益。因此在我国城镇中、低压配电网中获得了飞速的发展和越来越多的应用。而目前我国的中、低压配电网主要是单侧电源、辐射型供电网络，分布式发电接入配电网后，辐射式的网络将变为一种遍布电源和用户互联的网络，潮流也不再单向地从变电站母线流向各负荷。配电网的根本性变化使得电网中电流保护定值和机理发生了深刻变化。为了提高配电网的供电可靠性和供电质量，本文通过公式推导、图形对比，分析DG在不同位置对各电流保护及其动作行为的影响。

一、分布式发电的概念

美国1978年在公共事业管理政策中称“为满足特定用户需要或支持现有配电网的经济运行，以分散形式布置在用户附近，发电功率为几千瓦到五十兆瓦的小型模块式且环境兼容的独立电源”为分布式发电。这是分布式发电的一般定义。从广义上讲，分布式发电也可以指安装在用户附近的发电设施而不论这种发电形式规模的大小和一次能源的类型。曾经在不同的国家对分布式发电有过不同的叫法，例如，在英国，习惯叫“嵌入式发电”；在欧洲和亚洲部分国家习惯叫做“非集中式发电”；在北美习惯叫做“分散式发电”。

二、配电网络继电保护原理

电力系统继电保护的基本原理就是找出正常运行与故障时系统中电气量或非电气量的变化特征（差别），用一种原理来识别这些变化特征，且差别越明显，保护性能越好。我国目前的配电网系统大多数是单侧电源、辐射型配电网络，一般配置有传统的三段式电流保护，即：瞬时电流速断保护（电流I段）、限时电流速断保护（电流II段）和定时限过电流保护（电流III段），这三段保护相互配合，构成了主保护与后备保护，能够反映线路各种故障。配电网存在中性点直接接地时，应装设零序电流保护作为接地保护；其中性的采用非直接接地时，一般装设动作于信号的单相接地保护；对于其单侧电源的终端线路，一般采用反时限过电流保护，一般情况下，配电线路对配电网运行的安全稳定性的影响不大，允许限时切除故障，所以配电线一般采用简单的电流保护或者距离保护为主保护；对于非终端线路，馈线保护一般采用三段式电流保护与其他保护相配合；对非全电缆线路，还相应配置了三相一次自动重合闸装置，保证在馈线发生瞬时性故障时，快速恢复供电，提高系统供电的可靠性，然而，由于电缆线路的故障大多数是永久性故障，所以自动重合闸装置对电缆线路不适应。

三、分布式电源并网位置对配电网络电流保护的影响研究

分布式电源接入配电网络后，使传统的配电网络从单电源辐射网络变成了一个多电源网络，从而改变了传统配电网系统的网络结构。当分布式电源接入后，其系统的潮流大小、流向和分布都将发生改变，传统配网中的继电保护和自动重合闸有可能要做出相应的调整，否则分布式电源会使配网系统无法快速地、准确地切除故障，进而影响电网系统和设备的安全稳定运行。

分布式电源接入配网系统后对其原有保护产生影响的一个關键因素是分布式电源并网的位置不同。本节着重分析不同位置引入分布式电源后对其过流保护的影响。下面现假设故障点位置固定，分布式电源接入位置变动时研究分析DG接入位置对流过保护电流的规律，通过建立系统发生三相故障的等值电路模型，分析计算分布式电源对电流保护的影响。提出基于对保护影响最小情况下的最佳并网次序方案，为保护定值整定和分布式电源接入配网的设计规划提供一定的理论支撑。

在对配网分布式电源接入位置问题对配电网继电保护的影响分析是基于系统故障时，短路电流不引起保护误动和拒动的前提下，确保保护的选择性和可靠性的基础上进行的。通过对分布式电源接入后的系统的等效，根据电流保护的原理，忽略经济因素和地理因素等，进行定量的理论推导和分析计算，基于分布式电源接入配电网后其继电保护能可靠动作，确定配网系统接入单个后多个分布式电源容量范围。通过研究分布式电源并网位置对保护的影响规律，提出了对保护影响最小的并网次序方案，为配电网络继电保护和为其引入分布式电源提供理论指导和参考方案。

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