分布式太阳能电源对配电网继电保护影响及对策措施

侯小力+++张煜堃

【摘要】：分析了分布式电源接入后对配电网传统继电保护特性的影响，探讨了分布式电源在不同位置接入时对配电网继电保护可靠性和选择性的影响。利用算例详细分析不同接入位置分布式电源容量和短路电流之间的关系，从而推导出了保证配电网中继电保护可靠性的分布式电源的准入容量，结合目前已有的研究成果，提出了具有建设性的解决方案，为未来分布式电源在配电网中的大量接入提供了有益的参考。

【关键词】：分布式电源；配电网；继电保护

引言

在经济迅速发展的情况下，企业对能源的需求日益增加，就会出现地球上的不可再生能源的短缺，而且大量的煤炭会造成严重的空气污染，影响到人類的生活。因此要实现低碳环保的电力开发，除了电力新能源应用技术的提高还有电力节能技术的提高也是我们要考虑的问题。

1、分布式发电的定义

分布式发电简称DG，把成千上万瓦的大功率进行分散化，分布在用户周围，形成单一却又受控制的发电单位。分布式发电有风力发电、小型燃气轮机和生物质能发电等。分布式电源能有效提高能源使用率，降低损耗。按能源类型分类，分布式电源可分为：化石能源分布式电源，主要有燃料电池及复式发动机等；可再生能源分布式电源，主要有太阳能发电机、水力发电机和风力发电机等；电能储存分布式电源等。

2、接入分布式太阳能光伏发电电源的影响

2.1未接入分布式太阳能电源时的配电网故障仿真

要有效了解这种发电方式，仿真模拟是最好的研究方式，因为不同情况下的分布式太阳能电源会对配电网的机电保护装置产生不同的影响，所以通过选取某变电站作为实例，对其进行分析，以增加对分布式太阳能电源的认识。根据该变电站的具体情况和系统参数，在简化了10kV馈线后，使用EMTDC/PSCAD建立了配电网故障仿真模型，系统基准容量设置为500MW，并将馈线保护分别安装在图1的A、B、C处。在该模型中，每段线路上所装的保护分别为R1、R2、R3、R4，通过对其进行仿真操作，在不接入DG的情况下，也就是正常状态下，R4处的电流为2.010kA，R1、R2和R3处的电流在0.610kA左右。但是如果在B、C、D和E等位置发生了三相短路故障，通过该系统对其进行仿真，可以得到如表1所示的数据。

2.2分布式电源对配电网继电保护的影响

在辐射型配电网络中，配电网继电保护一般按单电源辐射型结构设计和整定，由于只有一个电源向故障点提供短路电流，只需要跳开系统侧断路器即可清除故障，保护相对比较简单，一般只配置速断和过流保护。分布式电源接入配电网后，配电网络变成多源网络结构，在故障发生时会引起短路电流大小和方向的改变，给继电保护和安全自动装置的正常运行带来一系列问题，如原有继电保护不做改动或调整，可能使保护出现误动或拒动，直接影响配电网安全运行。

2.3对三段式电流保护的影响

传统的三段式电流保护方法，原理简单，方法可靠，能快速切断一般情况的电力故障的，但电网的接线方式和运转方式都会影响三段式电流的保护。接入分布式电源，重排电流顺序，当电流短路时，由于电流顺序重排，故障位置的电流也受到变化。分布式电源的接入方式主要有电力中部接入和末端接入等[2]。分布式电源的接入位置不同，相应的故障电流也会不同。第一：对于不同步的闭闸，接入分布式电源后，分布式电源运转会加快或减慢，由于分布式电源与系统的电源不同步，会有所差距，当差距到一定程度时，会产生强劲的冲击电压，冲击分布式电源与配电网的电力系统；第二：会在故障位置出现重燃现象。配电网失去电力电压时，分布式电源会供电给故障线路位置，而若在此时闭合闸刀，会直接导致故障位置出现电弧重燃现象，进一步恶化故障。所以，在接入分布式电源的时候，应在配电网侧面安装低解压力的装置，进行无压检测，同时检测分布式电源，确保准确无误，避免出现安全事故。

3、应对措施

3.1未接入分布式太阳能电源时的配电网故障的措施

为解决上述存在的问题，设置的新型继电保护装置，具有高速通信功能，能够极大地改善继电保护的性能，使其作用得到充分发挥，不仅能够及时准确地切除故障，还可以缩短动作时间。经过上述研究分析得出，在馈线上两侧安装有方向元件的保护，能够有效提高保护的选择性和可靠性。

3.2变压器继电保护

变压器继电保护的质量，关乎整个系统的用电稳定和安全，因此，要做好变压器的继电保护，才能保证配电网的正常运行。对于系统的短路问题，变压器的短路保护主要分为过电流和阻抗保护，过电流保护就是在变压器中设置元件保护装置，一旦变压器运行发生故障就能够自行切断电源，及时跳闸；阻抗保护就是利用一定的变阻元件，在元件运行中发现问题后及时进行阻抗变化，从而保护变压器。另外，变压器的油箱也是极易发生故障的地方，一旦出现问题，就会释放大量有害气体，因此，可以借助瓦斯保护装置，实现油箱的保护。

3.3生物质能

生物质能发电主要利用农业、林业和工业废弃物、甚至城市垃圾为原料，采取直接燃烧或气化等方式发电，包括农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。在生物质能运用到电能中时，首先可以通过使用气化装置将生物质能的原料转化成气体的形式。然后利用生物质能的燃气将其做为燃料，通过合理的燃烧手段将生物质能的燃气燃烧。需要使用更科学的手段，更合理地利用好生物质能发电，为国家带来利益。

结语

DG为电网引进了可持续发展的、洁净的新能源，但同时给电网继电保护运行带来了很大的挑战。如何有效地管理和控制DG，使其对电网稳定运行的影响尽可能小，是未来分布式电源继续发展的研究重点。本文首先分析了配电网接入DG后继电保护特性的改变情况，并理论分析了不同接入容量和不同接入地点对继电保护特性的不同影响，同时结合目前已有的研究成果讨论了DG未来的研究方向，并给出了有益的建议。

【参考文献】：

[1]柳春芳.主动配电网的一体化设计方法[J].电力系统保护与控制，2015，43（11）：49-55.

[2]高洪雨，陈青，徐丙垠，等.一种馈线自动化仿真培训系统[J].电力系统保护与控制，2016，44（10）：131-136.endprint