分布式电源接入对配电网保护影响及策略研究

国网浙江省电力有限公司宁波供电公司 阮浩洁 钱 程 林一驰

现阶段大多采用传统发电模式来提供电力系统的电源，虽能够维持电力系统的正常运转，但会消耗大量的能源，对环境产生较大的影响。随着研究的不断深入，部分智能电网系统已经采用分布式电源的接入来替代传统的发电模式，其具有节省电力系统总投资、重复利用资源等特点，在电网运行中具有提高供电可行性、调峰等优点。但其也有不少弊端：原有的电流保护方法已无法适应，特别是电源保护方法的整定值与传统的发电模式有较大的变化，需要重新调整电源保护方式；当输配电线路故障时，会造成上游保护装置中的短路电流减少，导致保护装置的灵敏度降低。特别是短路故障发生在线路的边上时，由于电源容量不足，容易触发保护装置误操作。

1 分布式电源及微电网相关技术分析

1.1 分布式电源的概念

分布式电源(Distributed Generation，DG)是指一种功率在10kW到30MW的小型独立电源模块，能够满足用户需求，如调峰、为边缘用户提供电力能源等。分布式电源具有能量利用率高、环境污染小、投资不大等特点，将其应用在配电网中可有效增加配电裕度，提高供电系统的可靠性和稳定性。

当前分布式电源并没有明确的国家标准，但从现有文献中可看出分布式电源具有几个关键指标：容量小。发电单元体积不大，即插即用，性价比高；直接接入配电网；分布式电源本身难以控制，接入分布式电源后反而会增加机组的负荷；分布式电源可重复利用再生资源，环境污染小，资源利用率高；分布式电源对过电压、闪边等会产生较大的影响；随着电力电子技术的不断发展，分布式电源的利用范围将会越来越广泛。

1.2 分布式电源的运行方式

并网运行。根据电源容量大小又可分为两种情况：大容量分布式电源通过配网母线接入配电网，小容量分布式电源以就近原则接入配电网。采用并网运行的主要优点是可以节约并网成本；独立运行。是指配电网系统和分布式电源相互独立运行，互不干扰。采用独立运行的主要原因是系统不稳定会带来故障，从而引起孤岛运行。除此以外还有一些政策、经济等因素的影响。

2 分析分布式电源接入对配电网的影响

分布式电源接入配电网能够提高供电可靠性，减少电力系统的损耗。但同时也会改变配电网的拓扑结构，以及故障电流的大小和方向，造成保护装置误操作。为避免保护装置误操作，确保配电网的安全，本章构建分布式电源接入配电网的仿真模型，分析不同故障模式下分布式电源接入对保护结构误操作带来的影响。

2.1 研究对象与方法

传统的配电网保护是利用配电网的辐射性，通过配电网保护装置之间的相互配合，确保继电保护的可靠性和灵敏性。分布式电源接入配电网后，配电网将会呈现双向潮流特性，对继电保护的可靠性和灵敏性将会产生较大的影响。

2.2 分布式电源接入对配电网保护的影响分析

2.2.1 接入无馈线自动化配网的保护影响分析

无馈线自动化配网一般采用电流保护、距离保护两种方式，但常见的配电网保护模式为距离保护，下面将分析分配式接入电源对距离保护模式的影响。

当前，距离保护方式能够灵活应对系统运行方式的变化，保护范围相对稳定，已广泛应用于35～220kV的复杂网络[1]。图1为分布式电源接入距离保护配网，采用段式保护模式，将A处、C处的阻抗记为ZA，ZC，IS，Igl，Ig2均为相量。相对于电流保护来说，距离保护摆脱了对电流绝缘值的依赖，并且有电压辅助保护，因而更加容易实现配电网保护装置之间的配合[2]。但是，距离保护仍然存在保护范围缩小、保护装置之间配合默契度不高等问题，降低继电保护装置的灵敏度及可靠性，导致保护配合失败。

图1 分布式电源接入距离保护配网

2.2.2 接入重合器模式馈线自动化配网的保护影响分析

馈线的自动化是指配电网发生故障时，将会自动定位故障发生的位置，隔离故障点和非故障点，为高效解决配电网故障提供较高的可靠性和安全性[2]。 常见的馈线自动化一般采用本地自动化和远方自动化两种模式，实际运用中采用本地自动化模式较为广泛，该模式主要运用重合器、分段其和重合分段器三类电气设备。

重合器。主要用于检测电流故障，按照故障实现保护和控制功能，也可以按照预设的分合次数实现配电网保护。当线路发生故障时，重合器瞬间检测到故障自动断开，避免过电故障。如果是瞬间故障，重合器断开后将会自动重合，设备复位；如果是永久故障，重合器闭合后又会自动跳闸，当跳闸次数达到了预期设定的次数以后，将会形成闭锁，直到人为排除所有故障后才能够让重合器再次闭合。

分段器。单独的分段器能够断开正常负荷电流，并记录故障电流发生次数。当故障发生次数超过设定次数时，无论电路是否有故障分段器都将会自动分闸闭锁。

重合分段器。在没有超过预设的故障次数范围内，需要分段器和重合器相互配合才能够断开短路电流。图2为重合分段器的示意图，图中有2个分段器S1、S2，1个重合器R。当F点发生故障时，重合器R快速跳闸，分段器S1、S2计数1；重合器R闭合，分段器S1、S2计数2；重合器R快速跳闸，分段器S1、S2的故障次数达到预设的整定值，R自动分闸并闭锁，故障隔离。

图2 分段器与重合器配合实现馈线自动化

2.2.3 接入FTU模式馈线自动化配网的保护影响分析

FTU模式馈线自动化利用远程通信技术，根据主站提供的设备参数和运行情况，实现故障的遥控和故障检测，能够准确定位故障点，并隔离故障点和非故障点。常见的馈线自动化分为集中处理模式和馈线差动模式[3]。本文着重介绍接入分布式电源对集中处理模式馈线自动化配网的影响。

集中处理模式是通过主站通信实现设备参数和运行情况的上传下达，运用拓扑图实现故障定位、实现故障点和非故障点隔离[4]。图3为集中处理模式的环形配电网络，该配电网络采用环柜网来实现，将开环点设置在S8，环柜网上均加装FTU并通过远程通信与主机后台连接。当F点发生故障时，QF1会快速跳闸，FTU1、FTU2会检测到故障发生点，并将相关信息传输给主站。主站根据FTU1、FTU2回传的信息判断故障电应当在S2与S3之间，并立即发出故障处理指令，重合器自动执行。

图3 集中处理模式的环形配电网络

FTU模式馈线自动化配网接入分布式电源有3种方式（图3）：接入分布式电源1、接入分布式电源2、接入分布式电源1和2三种情况。下面将分析这三种接入方式对配电网保护的影响。

只接入分布式电源1：当S2、S3之间线路故障时，QF1快速跳闸，并将故障信息传输到主站。主站发出指令分闸S2、S3，合闸QF1，合闸S8，以保证再次供电；当S1、S2之间线路发生短路故障时，QF1、S1流过短路电流，QF1将故障信息传输给主站。主站发出指令分闸S1、S2，重合QF1，合闸S8，隔离分布式电源1。但当QF1、S1之间发生短路故障时，流经QF1的电流为正向短路电流，流经S1的电流为反向故障电流。但FTU没有方向元件，因而主站也无法判断故障所在位置，要想准确获取故障位置需要重新制定故障策略。

只接入分布式电源2：当S2、S3之间线路故障时，QF1、S1、S2流过短路电流，S3流过反向电流。FTU1、FTU2将相关故障信息传输给主站，主站根据信息将会判定故障点发生在S3、S4之间，造成主站误判；按照同样的判定方式，当QF1、S1间发生故障时，系统主站也会判定故障电在S3、S4之间。

分布式电源1、2同时接入：当S2、S3之间线路故障时，重合分段器会自动判断QF1、S1发生短路故障，FTU1、FTU2将相关故障信息传输给主站。主站根据FTU1、FTU2传输的信息判断故障点在S3、S4之间，造成了故障误判，影响了电网运行安全。

3 分布式电源接入配电网的保护策略

最大化使用传统配电网保护。要想实现最大化传统配电网保护，应从两方面入手：一是配电网出现故障时，分布式电源立即退出运行，这样故障识别、处理以及配电网的保护等将不会受到分布式电源的影响，现有的传统配电网保护也无需做出任何调整；二是限制分布式电源的接入容量、短路电流与接入位置。运用传统的配电网保护不会产生短路电流超限、故障电流越限、非同期重合等情况。

运用先进的配电网保护方法。运用更为完善的配电网保护方法来应对分布式电源接入带来的影响。随着分布式电源接入的实践应用越来越多，采用传统的配电保护也可能带来一定的安全隐患。引入通信技术、差动技术、方向元件等方式来实现配电网的保护，不仅可以促进分布式电源的广泛应用，还将有助于扩大故障隔离范围，形成故障隔离，提高配电网保护的效率和质量。