分布式发电对配电网继电保护的影响研究

摘要：新能源发电逐渐取代传统能源发电已经成为我国电力产业一大发展趋势，为了能够缓解能源紧张、减少有毒有害气体排放，新能源发电技术的应用愈加广泛，分布式发电技术也应运而生。虽然分布式发电技术推动了电力产业变革进程，但也给电力系统运行、控制造成巨大影响，特别是配电网继电保护方面。传统配电网保护策略已经无法适用于分布式发电并网模式，必须要对配电网保护进行改进和调整。基于此，分析了分布式发电的含义，探究分布式发电对配电网继电保护的影响，并有针对性提出几点解决对策，旨在降低分布式发电对配电网继电保护的负面影响。

关键词：分布式发电配电网继电保护新能源

中图分类号：TM753

ResearchontheImpactofDistributedGenerationonRelayProtectioninDistributionNetworks

WEITianshu

PeixianPowerSupplyBranch，StateGridJiangsuElectricPowerCo.，Ltd.，Xuzhou，JiangsuProvince，221600China

Abstract：ThegradualreplacementoftraditionalenergypowergenerationbynewenergypowergenerationhasbecomeamajordevelopmenttrendinChina'spowerindustry.Inordertoalleviateenergyshortagesandreducetoxicandharmfulgasemissions，theapplicationofnewenergypowergenerationtechnologyisbecomingincreasinglywidespread，andDistributedGenerationtechnologyhasalsoemerged.AlthoughDistributedGenerationtechnologyhaspromotedthetransformationprocessofthepowerindustry，ithasalsohadahugeimpactontheoperationandcontrolofthepowersystem，especiallyinthefieldofdistributionnetworkrelayprotection.Thetraditionaldistributionnetworkprotectionstrategyisnolongerapplicabletothedistributedgenerationgridconnectionmode，anditisnecessarytoimproveandadjustthedistributionnetworkprotection.Basedonthis，themeaningofdistributedgenerationisanalyzed，andtheimpactofdistributedgenerationondistributionnetworkrelayprotectionisexplored.Severaltargetedsolutionsareproposedtoreducethenegativeimpactofdistributedgenerationondistributionnetworkrelayprotection.

KeyWords：Distributedgeneration;Distributionnetwork;Relayprotection;Newenergy

随着火电产业的长期发展，传统资源枯竭、碳排放量超标、全球变暖等问题也随之而来，如何解决这些问题成为了社会关注焦点话题。近些年我国大力发展新能源发电技术，在人力、物力、财力、政策等方面给予了全力支持。分布式发电作为当前新能源发电的最佳形式，光伏发电、风能发电、潮汐能发电、生物质能发电等技术已经取得巨大成就，未来会有更多的分布式电源并入电网。为了并网的便捷性，一般将分布式电源就地接入配电网，虽然并网成本较低，但难以满足庞大数量分布式电源并网需求，并且在实际并网运行中会对配电网继电保护造成一定影响。这就需要掌握分布式发电对继电保护的影响机理，同时针对性采取有效的解决策略，为新能源发电产业发展奠定基础。

1分布式发电相关阐述

分布式发电是指为支持配电网经济运行或满足特定用户用电需求，通过分散式布置在用电用户附近的小型新能源发电电源。分布式发电功率从几千瓦到百兆瓦不等，是一种小型模式、环境兼容的独立式电源[1]。分布式发电不同于传统的远距离传输、集中发电模式，是现代提出的一种新型供电系统。分布式发电主要分为3种运行方式，其主要表现如下。

1. 独立运行。对一些特殊区域、有用电需求的地理位置，由于分布式发电并网成本高，因此将分布式发电作为独立电源。（2）备用运行。在敏感负荷系统中分布式发电作为备用电源，在配电网断电期间作为备用电力供应。（3）大系统并网运行。作为分布式电源主要运行方式，主要考虑分布式发电会受到自然环境影响，为了保障用户供电的可靠性，将分布式电源并入配电网，实现当地配电网的电力补充。

2分布式发电对配电网继电保护的影响

2.1三段式电流保护动作行为方面

配电系统仿真模型如图1所示。分布式发电对三段式电流保护动作行为影响有以下几点。

2.1.1降低本馈线保护灵敏度

如图1所示，在8n接入分布式电源前，8n发生故障时的故障点短路电流由系统提供，而接入分布式电源后，除了系统提供短路电流，分布式电源同样会提供短路电流，而1n只能检测到系统的短路电流，接入分布式电源前故障电流小，降低了1n采集器灵敏度，甚至出现拒动情况[2]。大容量分布式电源会进一步降低保护灵敏度。

2.1.2提高本馈线保护灵敏度

8n发生故障后，由于系统和分布式电源共同提供故障电流，因此下游保护接收的故障电流更大，提高了保护灵敏度，增加了保护误动频率。分布式电源容量越大，下游保护灵敏度越高。如图1中3n故障，接入分布式电源前1n无法感知故障电流，接入之后本馈线即可接收到分布式电源反向故障电流，从而导致误动现象。

2.1.3提高其他馈线保护灵敏度

当图1中的7n故障，接入分布式电源前，由系统朝向故障点流动短路电流，接入后分布式电源系统也会向故障点提供短路电流，增加了故障馈线短路电流量，从而提高其灵敏度，失去选择性。

2.2反时限过流保护

反时限过流保护通过配合点动作时间配合以及与继电器相同特性曲线进行保护性选择，保证继电保护系统不会受到短路电流的影响。反时限过流继电保护方程为[3]：

式（1）中：t（反时限过流保护动作时间）作为变量K、Iop单调递增函数。在K、Iop参数选择中，只要确保上级K、Iop大于下级K、Iop参数，则在故障电流过保护量一定时下级保护动作最先动作，完成上下级保护配合。在未接入分布式电源时，系统发生故障可通过反时限过流保护实现上下级配合。而接入分布式电源后会导致短路电流发生变化，对反时限过流保护造成影响。

2.3距离保护

在复杂电力网络中，由于馈线、重要电缆运行方式变化大，通常选用距离保护方案。由于系统短路会同时生成大电流、低电压，距离保护借助该特性，测量电压、电流比值，判断系统是否存在故障。测量阻抗直接受到分支电路影响，因此在定值整定必须计算分支系数。馈线与分布式电源相连后，可将分布式电源视作一个系统分支，从而影响系统的保护范围。分布式电源的容量、接入位置均会对距离保护动作造成影响。

2.4自动重合闸

配电线路为单电源供电形式，断路器一般安装在线路出口位置，同时增设三相一次重合闸，自动重合闸动作时限在0.5～1s之间。分布式电源接入电力系统后，一旦发生故障跳闸，如果在0.5～1s的时限内未切除分布式电源，系统在此期间会继续为故障点供电，导致故障电流在系统中的存在时间，此时重合闸动作可能会因为大电流产生重燃，一定概率无法正常合闸[4]。即便故障点绝缘依然可以起到作用，也会因重合闸非同期造成无法成功合闸，甚至会对分布式电源、配电网造成剧烈冲击。因此如何在重合闸动作前0.5～1.0s期间完成分布式电源退出是解决问题的关键。

3应对策略

3.1三段式电流保护动作的应对策略

在分布式电源发展初期阶段，针对分布式发电对三段式电流保护拒动、误动等方面主要采用限制分布式电源接入量、控制接入容量、调节接入点位等方法，在一定程度上可以降低分布式电源对整个继电保护系统的影响。通常情况下，在分布式电源渗透率≤10%、刚度≥20、有反孤岛保护时，分布式电源对继电保护系统影响非常小，无须重新调整配电系统参数以及配置。如果继电保护电源达到一定容量且接入到某条线路，应以影响最小作为基准选择分布式电源。根据目前主流的应对策略来看，尽可能在线路末端接入分布式电源，可减少分布式电源对下游保护装置的影响，同时该方法可以延长分布式电源和相邻线路保护设备的间距，降低对相邻线路保护装置的影响。在线路末端接入分布式电源后，在分布式电源上游处安装方向元件，这样系统故障或上游故障的误动率会大大降低。

3.2反时限过流保护的应对策略

结合式（1），反时限过流保护动作时间t作为变量K和Iop单调递增函数。在设定K和Iop时，需要保证两个参数值的上级保护比下级保护更大，这样即可在相同故障电流条件下，下级保护最先动作，之后上级保护再动作，达到上下级配合动作的目标。在分布式电源中接触放射性馈线，一旦出现故障情况，理论上流过上级保护故障电流应小于等于流过下级保护故障电流，这样下级保护也是最先动作，上级保护再动作，依然可以满足两级保护的配合标准。按照该方法设置反时限过流保护参数，无论是否接入了分布式电源均可以保证上下级保护的配合性，无须调节反时限过流保护参数。针对流过反向电流造成上游保护误动情况，可以针对反时限过流保护设置方向元件[5]。

3.3距离保护的应对策略

分布式电源接入配电网主要是对上游距离保护造成影响，缩减了下级线路后备保护范围，分布式电源接入母线时，其上游距离保护依然可以作用于本线路，因此无须重新调整。分布式电源失稳前提供的正向助增电流未超过速断保护定值的1/10时，则分布式电源接入会严重影响下游保护灵敏度。对此，为了确保下游保护灵敏度达到安全标准，在分布式电源投入后，下游保护应重新检验保护定值。所以应实时监测分布式电源是否投入运行，如投入则要重新校验保护定值；如退出则用未校验的保护定值。针对分布式电源接入对其下游继电保护的影响，可将传统的继电保护器更换为带有方向判断功能的距离继电器，该设备可自行判断电流方向，无须再增设其他元件。

3.4自动重合闸的应对策略

在配电网中，大部分变电站出线口都是采用闸前保护模式。如果一条线路故障，则由断路器检测故障电流并动作，之后重合闸重新动作恢复正常供电。如果系统是瞬时性故障问题，在系统检测到瞬时电流后进行重合闸即可实现恢复供电。而对于重要负荷电流，接入分布式电源接入前是每个电路都采用“断路器—重合闸”保护方案，也就是重合闸加速保护模式。线路出现故障后，系统检测到故障电流后选择性启动保护动作，再重合闸，切除故障[6]。接入分布式电源后，应将系统、分布式电源的重合闸整定时间延长，这样在产生瞬时故障后，故障电流有更长时间去游离，借助检无压检同期功能，即可避免分布式电源切除对重合闸的影响。为了降低重合过程对分布式电源造成过大冲击，可选用自适应重合闸系统。

4结语

综上所述，分布式发电对配电网继电保护的影响主要表现在三段式保护电流动作、反时限过流保护、距离保护、重合闸等方面，主要表现形式为误动、不动作、上下级保护配合度降低等，对此应调节保护装置安装位置和分布式电源接入位置，选择新型继电保护装置，调节系统动作保护参数，从而降低或消除分布式发电对配电网继电保护的负面影响。

参考文献

[1]黄峰.分布式光伏电站并网对配电网继电保护的影响[J].电力设备管理，2023（1）：17-19.

[2]程传新.太阳能分布式光伏电站接入配电网继电保护配置研究[J].电力设备管理，2023（17）：212-214.

[3]常晓辉.试谈分布式发电对配电网继电保护的影响[J].工程技术（全文版），2022（4）：855-856.

[4]姚雄.分布式发电对配电网继电保护的影响[J].电子技术与软件工程，2021（19）：222-224.

[5]马勇.分布式电源接入配电网故障定位与恢复方法研究[D].银川：宁夏大学，2022.

[6]秦腾.分布式光伏发电接入配电网影响的实测与仿真分析[D].济南：山东大学，2020.