分布式电源配电网继电保护的优化措施

杨慢慢，高明亮，朱亚军

（冀北承德供电公司，河北 承德 067000）

分布式发电指的是利用非可再生能源或可再生能源构成的各种小规模的发电系统。不仅可直接连入到配电网中并网运行，而且可为当地用户提供电能。在实际使用过程中，如果直接在原有的配电网络上接入分布式电源，会使配电网上的潮流发生变化，在出现短路时也会使母线短路电流发生变化，导致配电网出现保护定值不配合、继电保护失效等问题。为了保证配电网可以稳定运行，需对分布式电源接入电网时继电保护的优化措施进行探讨。

1 分布式电源的概念

分布式发电又叫分布式功能或分散式发电，一般将小型发电装置布置在用户附近，然后利用风能、生物质能、太阳能等分散存在的可再生能源进行发电。一般情况下，分布式发电容量可达到几千万和几十兆瓦。分布式电源优点如下。

（1）分布式电源输配电比较简单，能耗较低，可以直接向用户进行供电，不需要重新搭建输电线路，建设更加简单，投入成本小。

（2）分布式电源需要投资的单机容量小，并且不需要建设大的配电站、变电站和电厂，安装成本低，投资小，施工工期短。

（3）分布式电源一般都是利用风能、太阳能、氧气、天然气等对环境污染比较小的能源来进行发电的，属于绿色清洁能源。

（4）能源可利用效率高。在布置分布式电源时，一般是根据实际情况就近在用户端进行布置，布置的安全性和灵活性更高，既可以并网运行，又可以孤岛运行，不仅保证了供电的可靠性，同时也提高了电网的服务能力。

2 分布式电源对配电网的影响

当前，我国配电网主要采用辐射状进行设计，但对于城区来说，配网设计更为复杂，为了保证供电可靠性，有些地区已经逐步形成环状网结构。但目前运行的配电网系统并没有考虑在配网和用户终端中接入分布式电源，而且配网的二次保护也主要基于没有分布式电源接入的结构上进行的结构设计。一旦有大量的分布式电源接入到配电网系统，势必会对配网的结构造成影响，甚至会影响到配电网的安全运行。一般情况下，分布式电源接入配电网后主要会产生以下几个方面的影响。

2.1 对电流保护产生影响

在分析分布式电源继电保护对电流保护产生的影响进行分析时，利用电网模型进行分析，同时将模型分成了3段来进行电流保护。在引进分布式电源之前提前将数值设置好，连接图见图1。从图1可看出，在分布式电源接入模型中，将分布式电源连接到馈线2末端母线C点，此时配电网由单电源供电转变成了多电源供电，在一定程度上影响了配电网络电流保护。总的来说，主要包括C点故障、E点故障和F点故障3个方面。

图1 分布式电源

（1）如图1所示，如果C点产生故障，在这一情况下，分布式电源位置流入的电流和短路点流入的主电源电路电流没有发生过大的变化。同时，保护点3不会受到主电源短路电流的的影响，短路点依然会有分布式电流流入。因为主电源电压远远大于分布式单电压，出现故障后会使线路电压变小，进而使电网局部位置出现了崩溃的情况。

（2）当图1中E点产生故障后，很容易使分布式电源和主电源同时出现短路电流，可利用式（1）进行表达。

式（1）中：Is为主电源短路电流；Ig为分布式电源单路电流；If为产生故障后的短路电流。

短路电流进入到保护1后，会直接导致电路电流变大。为了保护配电网安全运行，此时保护1点的配电网可以根据设计要求将故障线路切断，并使电网中的电路电流迅速增加，随着短路电流的不断增加，电流值会超过保护点1能承担的最大电流值，一般情况下，会启动保护点2，并自动切断故障线路，导致停电范围进一步扩大。

针对上述问题，在处理的过程中，可以考虑在分布式电源连接的位置布置断路器，并使用保护点3进行控制。如果产生故障，会将分布式电源立即切断。

当图1中故障点F产生了故障，分布式电源会将电路电流送至保护点3、4、6，一旦短路电流值超出了允许的电流值，保护点4和6就有可能会进一步出现误动，并进一步使停电故障范围进一步扩大。经过进行深入的分析后证明，将分布式电源接入到电网中后，会对配电网中的电流造成比较大的负面影响。如果没有处理好这个负面影响，很容易产生故障，并使电网出现大面积崩溃或停电的情况。

2.2 对重合闸装置产生影响

配电网实际运行过程中，考虑到配电网会产生瞬时故障，一般会将重合闸装置安装到配电网上，如果有故障，在配电网中安装的重合装置则马上重合，从而使电网快速进入正常运行的状态下。该装置主要包括前、后两种重合闸装置。通常情况下，会在符合＜35kV的发电站和发电厂导出支配线路上布置前合闸装置，重合闸装置见图2。

图2 重合闸示意图

（1）从图2可看出，如果配电网中未能接入分布式电源，一旦故障在馈线2出现，保护点4则会自动切除故障线路，同时会在4min以内自动开启重合闸，然后自动重合保护点4，进而使配电网重新进入正常的运行状态下。不过这种故障只对瞬时故障有效。一旦接入分布式电源以后产生故障，虽然保护点4会自动切断出现故障的线路，但依然会有短路电流从分布式电源输出，并使故障点位置不断的出现电弧，使绝缘保护层被损坏，逐步形成永久性故障。

（2）分布式电源接入到线路中后，分布式电源会和作为主电源的馈线AC向两端同时进行供电。如果AC段产生了故障，想要将这种故障解决，就需要安装到两端的断路器一起进行保护，只有这样才能完全切断电源。但要想利用重合闸瞬时作用使供电恢复，如果AC两端功能角过大，在AC段会产生非常大的冲击电流，此电流会对电器元件和配电网造成非常大的破坏，严重时还有可能引发火灾。

（3）分布式电源会影响保护器和重合闸之间的联动配合。当分布式电源未接入配电网时，如果产生瞬时故障，只需要利用重合闸就可以将故障切除，并使供电恢复正常，并避免熔断丝被熔断。如果有分布式电源接入，出现故障时会使保护器中的电流值变大，并使重合闸电力降低，瞬时故障出现后，熔断丝会立即熔断，影响重合闸的正常作用，破坏保护器和重合闸之间的联动。

2.3 对线路和继电器稳定性产生影响

在配电网中接入分布电源后，分布式电源会导致电流增加，并使继电器和线路的发热量增大，进而对其热稳定性产生影响。所以，需要提升设备性能，或者重新校验设备的热稳定性。在低频甩负荷的过程中，要对分布电源能提供的功率进行分析和考虑，并对丢负荷的分配情况进行重新考虑。另外，接入分布式电源后会产生一系列的安全问题，对电网的稳定性以及操作人员的人身安全造成影响。

3 分布式电源配电网继电保护优化措施

3.1 安装方向性元件

在分布式电源网配电继电保护系统中，通过使用方向性元件安装到分布式电源两侧，可以保护安装到配电网中的断路器。一旦线路两端功率产生正、负两种情况时，可以准确地分析出故障点。对于下游电源线路，分布式电源接入后可以将其作为阻增电源，此时可以使用三段式电流实施保护，从而避免保护器电源产生误动，并使两个电源间供电保持相同。

3.2 在配电网中安装故障限流器

在分布式电网中安装故障限流器，会使电路中的短路电流变大，进而产生大面积局部停电或误动的情况。为了降低故障率，需在配电网中安装故障限流器。在配电网实际运行过程中，正常运行状态下故障限流器并未发挥作用。但在出现故障时，故障限流器会马上发挥出阻抗的作用，降低弱短路电流。而通过分布式电源提供电流时，故障限流器处于失效的状态下针对这一情况，可以用超导故障限流器带起故障限流器，从而提升阻抗效果。

4 结语

综上所述，在配电网中接入分布式电源时除了要考虑其优势以外，还需考虑接入分布式电源后对配电网继电保护产生的影响。