分布式發(fā)電對配電系統(tǒng)繼電保護的影響

劉秀春

摘 要：目前分布式發(fā)電能得到廣泛的應(yīng)用，主要依賴于它自身的使用特點，如能源多樣化、節(jié)能、環(huán)保、高效等，該文主要介紹了分布式發(fā)電的概念以及各種應(yīng)用優(yōu)勢，分析不同運行狀態(tài)下不同位置發(fā)生的各種故障以及對電力系統(tǒng)繼電保護的影響。分布式發(fā)電的發(fā)展主要是在產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟調(diào)整和電網(wǎng)快速發(fā)展的背景下，當(dāng)前的社會能源和電力供應(yīng)都要求注重質(zhì)量和安全性，但是目前電網(wǎng)都在向“大電網(wǎng)、大機組、高電壓”的方向靠攏，在發(fā)展過程中不可避免的存在著系統(tǒng)不穩(wěn)定等各種弊端，也容易發(fā)生局部事故，對供電用戶造成極大的影響。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電 配電系統(tǒng) 繼電保護 社會能源

中圖分類號： TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（c）-0004-01

1 分布式發(fā)電的定義以及優(yōu)勢

1.1 分布式發(fā)電的定義

分布式發(fā)電（即DG）一般都是指以內(nèi)燃機、燃料電池、燃氣汽輪機和微型燃氣汽輪機、小水電、光伏發(fā)電、風(fēng)能、太陽能等各種原材料為發(fā)電形式，也包含垃圾/生物質(zhì)等物質(zhì)發(fā)電。分布式發(fā)電的應(yīng)用主要是依靠用戶自行安裝的中小型發(fā)電裝置，不僅可以脫離公共電網(wǎng)為用戶供電，也可以接入公共電網(wǎng)。一般情況下配電網(wǎng)為簡單的輻射狀，DG的接入會對配電網(wǎng)的故障電流大小、持續(xù)時間、持續(xù)方向等產(chǎn)生影響，會使配電網(wǎng)變成雙電源或者是多電源，由于配電網(wǎng)潮流的不確定性會給繼電保護的運行管理帶來一定影響，在繼電保護裝置中可能造成誤動或者是拒動的現(xiàn)象。所以需要對分布式發(fā)電對配電系統(tǒng)繼電保護的影響進行一定研究并解決問題。

1.2 分布式發(fā)電的優(yōu)勢

分布式發(fā)電應(yīng)用為配電系統(tǒng)運行帶來的優(yōu)勢主要有幾點：第一，使用分布式發(fā)電不需要使用建設(shè)單獨的配電站，所以也不需要使用長距離的輸電線路，從這個角度來說，使用分布式發(fā)電的建設(shè)成本較低，而且能夠有效避免運行后增加配電成本，還能夠降低輸電損耗。第二，分布式發(fā)電可以彌補電網(wǎng)的不穩(wěn)定性，尤其是當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障的時候，可以使用分布式發(fā)電進行緊急供電，有效防止供電事故。第三，分布式供電具有環(huán)保的特性，它的能源使用率比電網(wǎng)使用率要高，傳統(tǒng)的能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電率在40%左右，而分布式發(fā)電的發(fā)電率可以達到65%以上，除此之外，它主要是利用各種自然原材料如風(fēng)能、太陽能等進行發(fā)電，對實現(xiàn)資源再利用和清潔能源提供了可能性。第四，分布式發(fā)電還可以用于冷熱電聯(lián)產(chǎn)，它除了發(fā)電，還能夠?qū)崿F(xiàn)與供熱供冷的三者合一，使用戶可以有效實現(xiàn)資源利用。

2 配電網(wǎng)主要結(jié)構(gòu)以及保護配置

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)基本上都是單電源輻射狀，所以相對應(yīng)的繼電保護配置也較為簡單，目前國內(nèi)使用最為常見的兩種配電網(wǎng)繼電保護方式主要有兩種：三段式電流保護方案與反時限過電流保護方案。

2.1 三段式電流保護

三段式電流保護方式是一種較為傳統(tǒng)的繼電保護方式，它主要是包含瞬時電流速斷保護、限時電流速斷保護以及過電流保護。瞬時電流速斷保護由于是按躲過本線路末端短路時流過保護的最大短路電流整定，不能完整地保護整個線路，它主要依靠瞬時動作完成對線路的保護。相反，限時限電流保護是較為靈活的保護方式，主要依賴于本線路末端故障時能夠靈敏地與相鄰線路實現(xiàn)瞬時電流保護配合，所以能夠完整地保護本線路。過電流保護的功能比限時電流速斷保護的功能還要強大，能夠完整的保護本線路并作為相鄰線路的后備保護。

2.2 反時限過電流保護

反時限過電流保護主要是根據(jù)動作時限和動作電流成反比曲線的關(guān)系，短路電流越大，保護時間就越短，也就是與故障點相距越遠，保護動作時間就越長，這種保護方式主要是能夠滿足繼電保護速動性和選擇性的要求，在配電網(wǎng)繼電保護中應(yīng)用得較多。

在這里需要提出的一點是在配電網(wǎng)故障中，大部分的故障都是瞬時性的，所以對非電纜線路，采用前文提到的任何一種保護方式都需要配置三相一次自動重合閘裝置，這樣才能夠保證線路在發(fā)生瞬時性故障后能夠快速恢復(fù)供電。

3 分布式發(fā)電對繼電保護的影響

3.1 分布式發(fā)電對電流保護的影響

三段式電流保護具有的優(yōu)點較多，如保護原理簡單、可靠性高、一般情況下都能夠滿足快速切除故障的要求，因此在配電網(wǎng)保護中運用較多。反時限過電流保護主要是對保護動作限時，一般情況下，它只需要一個繼電器就能夠?qū)崿F(xiàn)保護，而且由于在系統(tǒng)發(fā)生故障時，實際花費在切除故障點的時間非常短，在實際中也應(yīng)用較多。

分布式發(fā)電的接線方式對電網(wǎng)運行方式有較大的影響，分布式發(fā)電的接入位置也會對故障電流的大小和方向造成影響。圖1、圖2分別為分布式發(fā)電接入線路末端和線路中間的說明圖。

如圖1，當(dāng)DG接入線路末端時，電網(wǎng)中可能會發(fā)生F1短路，也可能發(fā)生F2和F3短路。當(dāng)F1發(fā)生短路時，P3和P4會感受不到電流，所以它們的行為不會受到DG接入線路的影響。P1、P2能夠感受到短路電流，方向以及大小與DG接入線路之前相同，所以P2能動作切除故障線路。同理能夠得出，當(dāng)接入DG后F2發(fā)生故障，需要切除故障線路受保護的點為P2，在切除故障后，可以由DG單獨供電，但是由于對P2進行單獨供電可能會影響到整個供電系統(tǒng)運行和用戶設(shè)備，所以一般不使用這種方式。當(dāng)F3發(fā)生短路故障時可能會因為DG容量過大，造成P2誤動切除線路。當(dāng)F4發(fā)生短路故障時，情況也與F3類似，流過P3的短路電流變大，會導(dǎo)致瞬時速斷保護難以避開F4點的故障電流而造成誤動切除線路，所以需要對DG容量進行限制保證選擇性保護。

如圖2，當(dāng)DG接入線路中間時，對F1、F2、F3、F4也會造成相應(yīng)的影響。當(dāng)F1發(fā)生短路時，P2會流過故障電流，保護會依靠動作切斷線路，但是在電流流過受保護的P1時，會導(dǎo)致P1電流減小，敏感度降低。當(dāng)F2發(fā)生短路時，情況與F1發(fā)生故障相似，有區(qū)別的就是當(dāng)DG并入時的電流過小，會造成P1拒動，所以對于DG并入系統(tǒng)需要做相應(yīng)的限制。當(dāng)F3發(fā)生短路時，保護點P1可以感受到DG供給的短路電流，但是如果DG容量太大，就會導(dǎo)致P1誤動從而切除線路。當(dāng)F4發(fā)生故障時，可能會造成瞬時速斷無法躲開F4發(fā)生的故障電流而誤動并切斷線路，使系統(tǒng)保護方式失去選擇性。endprint

3.2 配電系統(tǒng)中存在多個DG時對繼電保護的影響

與單一并入一個DG相比，在配電系統(tǒng)中接入多個DG后，系統(tǒng)的電路分流現(xiàn)象更加嚴重，而受影響最為明顯的是DG上游各線路的過流保護。

根據(jù)上述情況可以分析出來，在DG并入到電網(wǎng)系統(tǒng)中后對過電流保護的影響并不是很嚴重，在配合時需注意預(yù)留充足的配合度。而小容量的DG并入電網(wǎng)對繼電保護的影響主要的表現(xiàn)在DG接入點的上游部分，在解決這個問題時，可以選擇靈敏度較高的過流保護措施或者是對反時限過流保護方式做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.3 分布式發(fā)電對線路重合閘的影響

在接入DG以前，配電網(wǎng)大多是輻射式結(jié)構(gòu)，自動重合閘在恢復(fù)瞬時性故障線路的供電時，不會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。DG接入后，一旦線路因故障而跳閘，故障部分不再與電網(wǎng)相連而失去系統(tǒng)電源。而DG很有可能在故障后沒有脫離線路而繼續(xù)工作，則會在電網(wǎng)中形成由DG單獨供電的電力孤島。在重合閘動作時，電力孤島與電網(wǎng)不能保持同步，出現(xiàn)很大的相角差，這樣會造成非同期合閘，從而引起很大的沖擊電流，在此沖擊電流的作用下，線路保護很可能再次動作發(fā)生跳閘，而使重合閘失去了其快速恢復(fù)瞬時故障的職能。所以應(yīng)在 DG側(cè)裝設(shè)低周、低壓自動解列裝置，以便在重合閘動作前，將DG從故障線路中切除，同時為避免故障點持續(xù)電弧的影響，重合閘的動作時限應(yīng)適當(dāng)延長。

4 結(jié)語

分布式發(fā)電（DG）在目前電力市場中是一項新型的清潔能源發(fā)電形式，為電網(wǎng)系統(tǒng)提供了較為靈活的供電支持，它對改善電力的穩(wěn)定性和質(zhì)量都具有重要的意義，所以在市場中受到的關(guān)注也越來越廣泛。但是分布式發(fā)電在具體的使用中也還有非常多的問題，這就要求我們在使用之前一定要對分布式發(fā)電進行完善的研究和探討并提出可行的解決方案，在實際使用中才能將傷害降低到最小。尤其是接入分布式發(fā)電后會對電網(wǎng)繼電保護造成的影響，需要根據(jù)地方特性進行研究，然后尋求合適的解決方式。在電網(wǎng)發(fā)展過程中，分布式發(fā)電在電力市場中將會使用得越來越頻繁和常見，在研究中要注意結(jié)合電力實際，實現(xiàn)靈活、穩(wěn)定、節(jié)能的綜合電網(wǎng)。

參考文獻

[1] 王麗君，侯營.分布式發(fā)電配電系統(tǒng)的繼電保護配置方案研究[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2012（2）：109-111.

[2] 田佳.分布式發(fā)電對配電繼電保護影響及對策[D].濟南：山東大學(xué)，2010.

[3] 李姝婷.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響[J].電子制作，2013（19）：33.endprint

3.2 配電系統(tǒng)中存在多個DG時對繼電保護的影響

與單一并入一個DG相比，在配電系統(tǒng)中接入多個DG后，系統(tǒng)的電路分流現(xiàn)象更加嚴重，而受影響最為明顯的是DG上游各線路的過流保護。

根據(jù)上述情況可以分析出來，在DG并入到電網(wǎng)系統(tǒng)中后對過電流保護的影響并不是很嚴重，在配合時需注意預(yù)留充足的配合度。而小容量的DG并入電網(wǎng)對繼電保護的影響主要的表現(xiàn)在DG接入點的上游部分，在解決這個問題時，可以選擇靈敏度較高的過流保護措施或者是對反時限過流保護方式做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.3 分布式發(fā)電對線路重合閘的影響

在接入DG以前，配電網(wǎng)大多是輻射式結(jié)構(gòu)，自動重合閘在恢復(fù)瞬時性故障線路的供電時，不會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。DG接入后，一旦線路因故障而跳閘，故障部分不再與電網(wǎng)相連而失去系統(tǒng)電源。而DG很有可能在故障后沒有脫離線路而繼續(xù)工作，則會在電網(wǎng)中形成由DG單獨供電的電力孤島。在重合閘動作時，電力孤島與電網(wǎng)不能保持同步，出現(xiàn)很大的相角差，這樣會造成非同期合閘，從而引起很大的沖擊電流，在此沖擊電流的作用下，線路保護很可能再次動作發(fā)生跳閘，而使重合閘失去了其快速恢復(fù)瞬時故障的職能。所以應(yīng)在 DG側(cè)裝設(shè)低周、低壓自動解列裝置，以便在重合閘動作前，將DG從故障線路中切除，同時為避免故障點持續(xù)電弧的影響，重合閘的動作時限應(yīng)適當(dāng)延長。

4 結(jié)語

分布式發(fā)電（DG）在目前電力市場中是一項新型的清潔能源發(fā)電形式，為電網(wǎng)系統(tǒng)提供了較為靈活的供電支持，它對改善電力的穩(wěn)定性和質(zhì)量都具有重要的意義，所以在市場中受到的關(guān)注也越來越廣泛。但是分布式發(fā)電在具體的使用中也還有非常多的問題，這就要求我們在使用之前一定要對分布式發(fā)電進行完善的研究和探討并提出可行的解決方案，在實際使用中才能將傷害降低到最小。尤其是接入分布式發(fā)電后會對電網(wǎng)繼電保護造成的影響，需要根據(jù)地方特性進行研究，然后尋求合適的解決方式。在電網(wǎng)發(fā)展過程中，分布式發(fā)電在電力市場中將會使用得越來越頻繁和常見，在研究中要注意結(jié)合電力實際，實現(xiàn)靈活、穩(wěn)定、節(jié)能的綜合電網(wǎng)。

參考文獻

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[2] 田佳.分布式發(fā)電對配電繼電保護影響及對策[D].濟南：山東大學(xué)，2010.

[3] 李姝婷.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響[J].電子制作，2013（19）：33.endprint

3.2 配電系統(tǒng)中存在多個DG時對繼電保護的影響

與單一并入一個DG相比，在配電系統(tǒng)中接入多個DG后，系統(tǒng)的電路分流現(xiàn)象更加嚴重，而受影響最為明顯的是DG上游各線路的過流保護。

根據(jù)上述情況可以分析出來，在DG并入到電網(wǎng)系統(tǒng)中后對過電流保護的影響并不是很嚴重，在配合時需注意預(yù)留充足的配合度。而小容量的DG并入電網(wǎng)對繼電保護的影響主要的表現(xiàn)在DG接入點的上游部分，在解決這個問題時，可以選擇靈敏度較高的過流保護措施或者是對反時限過流保護方式做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.3 分布式發(fā)電對線路重合閘的影響

在接入DG以前，配電網(wǎng)大多是輻射式結(jié)構(gòu)，自動重合閘在恢復(fù)瞬時性故障線路的供電時，不會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生任何沖擊和破壞。DG接入后，一旦線路因故障而跳閘，故障部分不再與電網(wǎng)相連而失去系統(tǒng)電源。而DG很有可能在故障后沒有脫離線路而繼續(xù)工作，則會在電網(wǎng)中形成由DG單獨供電的電力孤島。在重合閘動作時，電力孤島與電網(wǎng)不能保持同步，出現(xiàn)很大的相角差，這樣會造成非同期合閘，從而引起很大的沖擊電流，在此沖擊電流的作用下，線路保護很可能再次動作發(fā)生跳閘，而使重合閘失去了其快速恢復(fù)瞬時故障的職能。所以應(yīng)在 DG側(cè)裝設(shè)低周、低壓自動解列裝置，以便在重合閘動作前，將DG從故障線路中切除，同時為避免故障點持續(xù)電弧的影響，重合閘的動作時限應(yīng)適當(dāng)延長。

4 結(jié)語

分布式發(fā)電（DG）在目前電力市場中是一項新型的清潔能源發(fā)電形式，為電網(wǎng)系統(tǒng)提供了較為靈活的供電支持，它對改善電力的穩(wěn)定性和質(zhì)量都具有重要的意義，所以在市場中受到的關(guān)注也越來越廣泛。但是分布式發(fā)電在具體的使用中也還有非常多的問題，這就要求我們在使用之前一定要對分布式發(fā)電進行完善的研究和探討并提出可行的解決方案，在實際使用中才能將傷害降低到最小。尤其是接入分布式發(fā)電后會對電網(wǎng)繼電保護造成的影響，需要根據(jù)地方特性進行研究，然后尋求合適的解決方式。在電網(wǎng)發(fā)展過程中，分布式發(fā)電在電力市場中將會使用得越來越頻繁和常見，在研究中要注意結(jié)合電力實際，實現(xiàn)靈活、穩(wěn)定、節(jié)能的綜合電網(wǎng)。

參考文獻

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[2] 田佳.分布式發(fā)電對配電繼電保護影響及對策[D].濟南：山東大學(xué)，2010.

[3] 李姝婷.分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護的影響[J].電子制作，2013（19）：33.endprint