吳義純，李鐵柱，徐結(jié)紅，房雪雷，秦曉佳，田彥

（1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司培訓中心；2.安徽電氣工程職業(yè)技術學院；3.國網(wǎng)合肥供電公司，安徽 合肥 230022）

分布式電源(Distributed Generation,DG)一般是利用風能、太陽能等綠色清潔能源發(fā)電，因低碳環(huán)保得到政策支持，其容量和投資小，發(fā)展快。分布式電源一般就近在用戶端進行布置，具有不少優(yōu)勢：能降低線損，能源可利用效率高；為電網(wǎng)末端提供電壓支持，提高電能質(zhì)量；電網(wǎng)故障時，部分配電網(wǎng)利用微網(wǎng)運行來給重要負荷供電，提高了系統(tǒng)供電的可靠性。但是，常規(guī)配電網(wǎng)是單電源的放射狀鏈式結(jié)構(gòu)，正常運行時的潮流和故障電流方向單一，分布式電源接入后，配網(wǎng)的潮流可能會雙向流動，短路時短路電流分布將發(fā)生變化，另外，可再生能源具有不確定性，這些都會導致配電網(wǎng)出現(xiàn)繼電保護誤動或拒動等問題，甚至會影響到配電網(wǎng)的安全運行。隨著分布式電源接入規(guī)模的擴大，有必要分析其對配電網(wǎng)的繼電保護及自動化裝置的影響，確保配電系統(tǒng)安全可靠穩(wěn)定地向用戶供電。

1 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響

1.1 常見接入方式及影響

我國主要采用輻射狀配電網(wǎng)運行。當然，有些城區(qū)為了保證供電可靠性，配電網(wǎng)采用環(huán)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，開環(huán)運行。如圖1 所示，分布式電源常見接入方式有多種：容量較小的DG 往往通過T 接接入配電線路，如圖1 中DG2，或者進入開閉所，如圖1 中DG1 和DG4；對于容量較大的DG，通過專線接入變電站35kV 或10kV 母線，如圖1 中DG3。

圖1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

分布式電源的接入將改變配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與潮流方向，同時，當配電網(wǎng)故障時，故障電流的大小和分布也發(fā)生了改變。配網(wǎng)中應用比較廣泛的保護是瞬時電流速斷、定時限電流速斷、過電流保護這三段式電流保護等，分布式電源接入將對繼電保護及自動化產(chǎn)生較大的影響。同時，配電網(wǎng)中架空線路還配有重合閘裝置，以提高配網(wǎng)的供電可靠性，但是分布式電源接入系統(tǒng)后，配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，一定程度上影響了配電網(wǎng)的自動重合閘。

1.2 對本饋線的影響

當前很多的保護配置都是三段式電流保護，分布式電源接入因其對故障電流的分流或者助增作用，從而對保護的范圍和靈敏度都會產(chǎn)生一定的影響，也可能導致保護裝置的拒動或者誤動，給繼電保護裝置之間的配合帶來影響。

（1）對繼電保護的影響。以DG2 為例分析分布式電源對繼電保護的影響。DG2 從線路BC 接入，位于保護2 的下游，如圖1 所示。當k3 點發(fā)生故障時，從選擇性來看，由保護3動作切除故障。由于保護3 接收的故障電流是由系統(tǒng)側(cè)電源和DG2 疊加產(chǎn)生，大于DG2 接入前的故障電流，提高了保護3 的靈敏性。但隨著短路電流的增大，電流速斷保護范圍隨之增大，甚至可能使其延伸至下一段，導致保護的誤動；

以DG2 為例，分析k2 點故障時保護2 的情況。DG2 接入后配網(wǎng)的等值圖如圖2，DG2 從J 點接入。ZS和ZK分別為系統(tǒng)到J、J 到故障點k 的阻抗，ZDG為DG 到故障點的阻抗。

圖2 分布式電源接入配網(wǎng)的等值圖

DG2 接入前，系統(tǒng)與故障點k 之間的轉(zhuǎn)移阻抗為ZS和ZK之和，接入DG2 后，經(jīng)過網(wǎng)絡星角變換，系統(tǒng)至故障點k 的轉(zhuǎn)移阻抗ZSK′如下式所示：

DG2 接入后系統(tǒng)的轉(zhuǎn)移阻抗變大了，因此流過保護2 的電流變小了，DG2 的接入起到了分流作用，從而降低了保護2 的靈敏度。當分流作用足夠大時，特別是在線路末端故障時，故障電流可能會偏小到保護拒動的程度，這樣就導致時限電流速斷保護的保護范圍可能覆蓋不到全線。

以DG2 為例，分析k4 點故障時保護3 的影響。當DG2的容量比較大時，k4 發(fā)生故障時，流過保護3 的故障電流比較大，可能導致保護3 發(fā)生誤動作，相當于擴大了保護3 的保護范圍，不利于保護裝置之間的配合。

（2）對自動重合閘的影響。以DG2 為例分析分布式電源對相鄰饋線自動重合閘的影響。DG2 從J 點接入時，DG2和系統(tǒng)側(cè)電源向AC 段供電，形成雙端電源。當k1 發(fā)生瞬時性故障時，保護1、保護2 均應動作切除故障，也切斷系統(tǒng)電源和負荷的聯(lián)系；DG2 給線路CE 供電，進行孤島運行狀態(tài)。而DG2 的不確定性、隨機性比較大，因此，其出力和頻率很不穩(wěn)定，由于又無系統(tǒng)電源進行支撐，孤島運行時的系統(tǒng)電壓和相位變化較大。利用重合閘恢復供電時，可能出現(xiàn)非同期合閘問題，將會產(chǎn)生較大的沖擊電流，破壞了一次設備絕緣性能，降低了配網(wǎng)的可靠性。

以DG4 為例，分析分布式電源對自動重合閘的影響。DG4 從線路F 接入。接入DG4 之前，當k5 發(fā)生瞬時性故障時，保護5 會啟動切除故障，切除故障后經(jīng)過一個延時啟動重合閘，恢復對饋線2 的供電。若接入DG4，當k5 發(fā)生故障時，保護5 會啟動切除故障線路，但是分布式電源DG4 仍能給故障點k5 提供短路電流，這會使故障點電弧不容易熄滅，會造成重合閘失敗，另外，有可能使瞬時性故障發(fā)展為永久性故障。

1.3 對相鄰饋線的影響

以DG1、DG2 為例分析分布式電源對相鄰饋線繼電保護的影響。DG1 從D 接入，DG2 從線路BC 接入，當k5 發(fā)生故障時，則故障點的短路電流由DG1、DG2 和系統(tǒng)側(cè)的電源提供，則保護5 流過的故障電流比分布式電源接入前大，保護5 的靈敏度得以提高。當DG1、DG2 的容量比較大時，流過保護2的反向電流比較大，由于保護2 不具備方向性，則流過保護2 的故障電流可能大于整定值，導致保護2 發(fā)生誤動作。

1.4 對分布式電源接入系統(tǒng)線路的影響

容量較小的分布式電源直接接入配電線路，DG 側(cè)開關保護主要配置過電流保護、防孤島保護、頻率和電壓緊急控制等。因為分布式電源容量較小，配網(wǎng)故障時對電網(wǎng)影響不大，一般基本滿足要求。

但對于容量較大、通過專線接入變電站的分布式電源，如圖1 中DG3，常規(guī)配置的過電流保護、距離保護不可能快速本線路末端和相鄰線路始端故障，只能采用階段式的配合關系實現(xiàn)元件的選擇性切除，線路末端故障需要延時切除。顯然對于容量較大的分布式電源，過電流保護不能滿足全線快速動作要求。

2 含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護的改進措施

分布式電源的接入使配電網(wǎng)的潮流由單向流動變成雙向流動，而傳統(tǒng)的三段式保護已經(jīng)不適應配電網(wǎng)的發(fā)展需要。為了提高配網(wǎng)的可靠性和供電質(zhì)量，需要對傳統(tǒng)的繼電保護配置進行改進和優(yōu)化，為實際配電網(wǎng)的繼電保護及自動化配置提供參考。

（1）分布式電源接入配電網(wǎng)后，原來的單輻射網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變成雙電源或者多電源網(wǎng)絡，當分布式電源容量相對較大，提供短路電流較大時，為了防止繼電保護裝置因反方向的電流而產(chǎn)生誤動，可以考慮在保護裝置加裝方向元件。同時還要綜合考慮成本因素。比如，如圖1 中保護2 可以考慮加裝方向保護元件防止反向誤動。

（2）當分布式光伏接入后，整定時考慮其助增和分流影響，需要對分布式光伏所在饋線的相鄰饋線以及上游饋線保護定值進行調(diào)整，這樣才能保證對系統(tǒng)可靠的動作。

（3）分布式電源接入配網(wǎng)后，配網(wǎng)出現(xiàn)故障時，當系統(tǒng)電源和分布式電源被斷路器切除后，兩側(cè)可能出現(xiàn)一個相角差，當差值達到一定的界限后，自動重合閘會造成強大的沖擊電壓或者電流，破壞重合閘的運行狀態(tài)。為此，如果在分布式電源側(cè)配置重合閘功能，重合閘裝置需要配置檢同期功能，保證重合閘成功率。

（4）對于規(guī)模很大的分布式電源，如圖1 中DG3，并網(wǎng)電壓等級高、容量大，考慮線路速動保護來提高保護性能，采用縱聯(lián)保護作為主保護。不僅可以改善本線路保護性能，而且能改善整個電網(wǎng)保護性能。

某實際運行的光伏電站，裝機容量20MW，通過金島光伏387 線接入系統(tǒng)35kV Ⅰ母線。光伏并網(wǎng)線兩側(cè)配置微機光纖縱差保護，后備保護為三段式電流，重合閘按接入系統(tǒng)方案評審意見停用。光伏電站內(nèi)配置頻率電壓緊急控制裝置和防孤島保護，故障時快速將光伏電站解列，減少對系統(tǒng)的影響。

3 結(jié)語

分布式電源大規(guī)模發(fā)展對附近配電網(wǎng)帶來影響，接入的配網(wǎng)運行方式、短路電流分布也發(fā)生變化，導致配電網(wǎng)出現(xiàn)繼電保護誤動或拒動、重合閘失敗等，本文結(jié)合案例探討實際配電網(wǎng)中光伏電站的繼電保護配置改進方案，保障配電系統(tǒng)安全可靠地運行。