含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)方案研究綜述

林俐

【摘 要】分布式電源接入配電網(wǎng)之后，對(duì)原有的配網(wǎng)保護(hù)產(chǎn)生了很大的影響，本文從影響重合閘、潮流方向、短路電流、孤島運(yùn)行等四個(gè)方面進(jìn)行了總結(jié)分析，綜述了國(guó)內(nèi)外主要的一些含分布式電源的配網(wǎng)繼電保護(hù)措施以及各自的一些優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于進(jìn)一步的方案改進(jìn)有一定的意義。

【關(guān)鍵詞】分布式電源；繼電保護(hù)；配電網(wǎng)

【Abstract】After the distribution network connected to the distribution network， it has a great influence on the protection of the distribution network. The effects of the four aspects， such as the influence of the coincidence gate， the current direction， the short circuit current and the isolated island operation， are summarized and analyzed in this paper. Summary the relay protection measures and some advantages and disadvantages of the distribution network with distributed generation. It has a certain significance for further improvement of the program.

【Key words】Distributed generation； Relay protection； Distiribution network

0 引言

分布式電源是指不直接與集中輸電系統(tǒng)相連的35kv及以下電壓等級(jí)的電源，主要包括發(fā)電設(shè)備和儲(chǔ)能裝置兩部分。隨著不可再生能源的短缺，分布式電源受到的關(guān)注越來越多，在其接入電網(wǎng)后一方面可以緩解用戶對(duì)電力供應(yīng)的需求，但另一方面給配網(wǎng)的穩(wěn)定性帶來了很多的影響。優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）分布式電源可以增大電網(wǎng)的容量削峰填谷；（2）節(jié)省輸電線路和電廠的建設(shè)費(fèi)用；（3）根據(jù)具體需求就地安裝消費(fèi)，減少線路損耗；（4）出現(xiàn)故障時(shí)，可孤島運(yùn)行給用戶繼續(xù)供電。但其缺點(diǎn)也很明顯：（1）在電力系統(tǒng)中大量接入分布式電源會(huì)給其調(diào)度、運(yùn)行和規(guī)劃帶來困難；（2）使潮流方向發(fā)生改變，導(dǎo)致了系統(tǒng)潮流預(yù)測(cè)愈加困難；（3）分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生諧波，給系統(tǒng)帶來電能質(zhì)量問題；（4）改變了系統(tǒng)的故障電流，影響了繼電保護(hù)動(dòng)作的可靠性和安全性；（5）如果形成了非預(yù)期的孤島，則會(huì)損害電力設(shè)備，并可能對(duì)維修人員的安全造成威脅[1]。

1 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響

分布式電源接入配電網(wǎng)，會(huì)給配電網(wǎng)繼電保護(hù)帶來很大的影響，增加了繼電保護(hù)設(shè)置和整定的難度。

1.1 對(duì)重合閘的影響

目前，自動(dòng)重合閘已被廣泛使用，可能會(huì)使含DG的配電網(wǎng)在故障時(shí)出現(xiàn)以下幾種現(xiàn)象：（1）配網(wǎng)處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，部分負(fù)荷由DG供電，此時(shí)若自動(dòng)重合閘動(dòng)作，則會(huì)導(dǎo)致重合閘失敗。（2）DG在饋線斷路器跳閘后持續(xù)供電，故障點(diǎn)電弧無法熄滅，導(dǎo)致自動(dòng)重合閘失敗[2]。

當(dāng)瞬時(shí)性故障發(fā)生時(shí)，自動(dòng)重合閘能夠迅速恢復(fù)供電，但是當(dāng)DG接入配網(wǎng)后，相應(yīng)的配電線路會(huì)變成雙側(cè)電源供電，重合閘的動(dòng)作需要考慮到兩側(cè)保護(hù)的時(shí)間配合問題與兩側(cè)電源的同步問題[3]。

1.2 潮流方向

當(dāng)DG接入配電網(wǎng)后，有可能出現(xiàn)逆向潮流，尤其是當(dāng)DG裝機(jī)容量較大時(shí)，超過本地消耗的電能，配網(wǎng)潮流方向會(huì)發(fā)生變化。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，單端輻射狀網(wǎng)絡(luò)，潮流方向固定，當(dāng)發(fā)生短路的時(shí)候，故障電流的方向也能確定。而當(dāng)DG接入配電網(wǎng)之后會(huì)改變配電網(wǎng)原先的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其對(duì)配網(wǎng)潮流方向的改變根據(jù)其運(yùn)行方式的不同而不同，潮流的不定向性也會(huì)使傳統(tǒng)的無方向性電流誤動(dòng)。

1.3 對(duì)短路電流的影響

當(dāng)DG并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，即便潮流方向不變，在短路時(shí)短路電流值都會(huì)受到影響，流過保護(hù)的短路電流值會(huì)發(fā)生變化，并且這種變化是不定向的，無法預(yù)測(cè)，隨著故障位置和DG的運(yùn)行狀態(tài)不同，流經(jīng)保護(hù)處的故障電流值會(huì)增大或減小。

這些故障電流值的具體變化情況隨配電網(wǎng)中DG種類和接入數(shù)量的增加而變得更加的復(fù)雜。如配電網(wǎng)仍采用原有保護(hù)配置方案，從保護(hù)可靠性的角度考慮，DG的接入點(diǎn)、接入數(shù)量和準(zhǔn)入容量等都會(huì)受到很大的限制。

1.4 孤島運(yùn)行

配電網(wǎng)中的故障一般由距離故障地點(diǎn)最近的保護(hù)繼電器清除。如果故障發(fā)生在DG接入點(diǎn)上游，則DG會(huì)為已經(jīng)從配電網(wǎng)隔離的部分負(fù)荷提供電能，如果DG的容量不足以提供額外增加的負(fù)荷，就會(huì)出現(xiàn)過載現(xiàn)象，最終導(dǎo)致停機(jī)。如果與主電網(wǎng)隔離的孤立系統(tǒng)，負(fù)荷用電全部由DG提供，則該種情況稱為孤島運(yùn)行。

孤島運(yùn)行的危害主要有以下幾點(diǎn)：（1）維護(hù)人員誤接觸帶電導(dǎo)體而由此造成觸電；（2）DG的孤島系統(tǒng)的電能質(zhì)量無法保證；（3）故障發(fā)生之后，有的電網(wǎng)仍處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)若自動(dòng)重合閘動(dòng)作，可能會(huì)造成此類電網(wǎng)因?yàn)榉峭胶祥l使故障進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大，導(dǎo)致供電恢復(fù)的時(shí)間延緩。

2 含DG的配電網(wǎng)保護(hù)方法

DG接入量持續(xù)增加，滲透率不斷提高，DG對(duì)配網(wǎng)保護(hù)的影響也愈發(fā)引起人們的重視，國(guó)內(nèi)外相繼提出了各種不同的解決方案，主要可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：（1）及時(shí)切除DG；（2）限制DG容量及接入位置；（3）改變配電網(wǎng)的保護(hù)配置；（4）引入故障限流器；（5）自適應(yīng)保護(hù)新方法；（6）基于多代理系統(tǒng)的保護(hù)方案。

2.1 配網(wǎng)故障時(shí)及時(shí)切除DG

DG接入配電網(wǎng)對(duì)其繼電保護(hù)產(chǎn)生不同程度的影響，為了解決此類問題，當(dāng)配網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)切除DG，即傳統(tǒng)的配電網(wǎng)不會(huì)受到任何影響[4]。

此方法對(duì)原保護(hù)來說，改動(dòng)最小，成本最低，但仍有很多問題：故障發(fā)生時(shí)，DG單元需要檢測(cè)到故障后再退出。現(xiàn)在一些標(biāo)準(zhǔn)要求并網(wǎng)DG在故障發(fā)生后和自動(dòng)重合閘之前要從電網(wǎng)中切除，但實(shí)際運(yùn)行中，并不能保證一定會(huì)做到，故仍會(huì)對(duì)保護(hù)造成很大影響。

2.2 限制DG容量及接入位置

因不能保證在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)將DG從配電網(wǎng)中切除，故文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]中提出了通過限制DG的容量和改變接入配網(wǎng)的位置來減少對(duì)配網(wǎng)的影響；文獻(xiàn)[7]在保證繼電保護(hù)可靠動(dòng)作的前提下，分析了DG接入數(shù)量、接入位置、組合方式以及線路參數(shù)等多個(gè)方面對(duì)其準(zhǔn)入容量的影響，最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果不改變配電網(wǎng)的原有保護(hù)配置，則DG的準(zhǔn)入條件將會(huì)受到很大限制，故該方法仍具有一定的不完善之處。

2.3 改變配電網(wǎng)的保護(hù)配置

在原保護(hù)的基礎(chǔ)之上加裝方向判別元件，可將輸電線路中成熟的保護(hù)原理和方案應(yīng)用于配電系統(tǒng)中，還能采取網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字保護(hù)，將DG的影響降到最低。文獻(xiàn)[8]提出一種保護(hù)配置方案，文章具體分析DG接入后對(duì)原有配電網(wǎng)距離保護(hù)的影響，該方法本質(zhì)上是用允許式方向縱聯(lián)保護(hù)的方案來代替了原有距離保護(hù)方案，使配網(wǎng)更可靠。

2.4 引入故障限流器

其主要思想是在故障發(fā)生時(shí)引入FCL，將故障電流降至最小甚至消除，并且在配網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，F(xiàn)CL不會(huì)對(duì)配網(wǎng)產(chǎn)生任何不良影響。在文獻(xiàn)[9]和文獻(xiàn)[10]提出采用FCL的方案，當(dāng)放生線路發(fā)生故障時(shí)接入限流裝置，減小短路電流，DG帶來的影響則會(huì)隨著線路阻抗的增大而減小。

故障限流的方法能夠減弱DG接入對(duì)原有配網(wǎng)保護(hù)的影響，減小對(duì)DG接入的限制，但該方法仍然存在問題，如故障時(shí)DG對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定支持不足。

2.5 自適應(yīng)保護(hù)

自適應(yīng)保護(hù)的思想是盡可能地讓保護(hù)適應(yīng)電力系統(tǒng)的變化，改善保護(hù)的性能。文獻(xiàn)[11]中提出自適應(yīng)保護(hù)的方法，存儲(chǔ)基準(zhǔn)信息，對(duì)線路的各個(gè)電氣量實(shí)時(shí)采樣計(jì)算，然后將兩者比較，根據(jù)結(jié)果來確定故障范圍和對(duì)此故障應(yīng)該采取的保護(hù)方案。但是該方法需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行信息采集，而配電網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面廣，運(yùn)行維護(hù)較困難。文獻(xiàn)[12]也提出自適應(yīng)保護(hù)方法，該文獻(xiàn)是用計(jì)算機(jī)對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，使保護(hù)裝置的定值能夠進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.6 基于多代理系統(tǒng)的保護(hù)方案

在配電網(wǎng)中構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，引入智能終端采集線路、DG、斷路器等單元的模擬量和狀態(tài)量信息，再將這些信息通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯集，通過對(duì)多點(diǎn)信息的綜合分析判斷，實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位，并發(fā)送指令給相應(yīng)斷路器，切除故障[13-14]。

文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]提出了基于智能方法的保護(hù)方案，該方法主要基于配電網(wǎng)自動(dòng)化，采用多Agent機(jī)制。它的最大優(yōu)勢(shì)是可以反映本地信息，可以通過與其它系統(tǒng)的通信交互共享整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各檢測(cè)點(diǎn)的信息，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)各保護(hù)Agent的工作協(xié)調(diào)性，從而達(dá)到保護(hù)動(dòng)作精準(zhǔn)快速，但是該方案需要依靠復(fù)雜的、高度可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)。

3 結(jié)束語(yǔ)

DG接入電力系統(tǒng)有效地改善了系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性，但若接入配網(wǎng)時(shí)與繼電保護(hù)配合不好，將使系統(tǒng)可靠性降低。從整體看，含DG的配電網(wǎng)保護(hù)應(yīng)該是基礎(chǔ)保護(hù)和基于通信機(jī)制的多點(diǎn)信息保護(hù)的融合。具體設(shè)計(jì)時(shí)，我們需從配網(wǎng)、DG情況等多方面進(jìn)行量化評(píng)估，同時(shí)采用相應(yīng)的優(yōu)化策略，在滿足繼電保護(hù)四性的基礎(chǔ)之上，來研究出經(jīng)濟(jì)高效和更具擴(kuò)展性的方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳璐璐.含分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)方案設(shè)計(jì)[D].南京：南京理工大學(xué)，2014.

[2]張勇.分布式發(fā)電對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響綜述[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2010，22（2）：145-151.

[3]尚瑨，邰能靈，劉琦，等.考慮分布式電源的配電網(wǎng)保護(hù)改進(jìn)方案研究綜述[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（24）：40-45.

[4]IEEE Std 1547-2003 IEEE standard for interconnecting distributed resources with electric power systems[S].2003.

[5]Girgis A，Brahma S.Effect of distributed generation onprotective device coordination in distributed system[C].Proceedings of 2001 Large Engineering Systems Conference on Power Engineering，Halifax，Canada，2002：115-119.

[6]袁超，吳剛，曾祥君，等.分布式發(fā)電系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（2）：99-105.

[7]王江海，邰能靈，宋凱，等.考慮繼電保護(hù)動(dòng)作的分布式電源在配電網(wǎng)中的準(zhǔn)入容量研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30（22）：37-43.

[8]龐建業(yè)，夏曉賓，房牧，等.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響[J].繼電器，2007，35（11）：5-8.

[9]吳罡，陸于平，花麗丹，等.分布式發(fā)電釆用故障限流器對(duì)繼電保護(hù)性能的影響[J].江蘇電機(jī)工程，2007，26（2）：1-4.

[10]吳罡.分布式發(fā)電采用故障限流器對(duì)繼電保護(hù)性能的影響[D].南京：東南大學(xué)，2007.

[11]馬靜，王喜，米超，等.含分布式電源的配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)新方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（10）：204-208.

[12]劉敬華.基于網(wǎng)絡(luò)的繼電保護(hù)在線整定計(jì)算系統(tǒng)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（S1）：68-70.

[13]徐天奇，尹項(xiàng)根，游大海，等.廣域保護(hù)系統(tǒng)功能與可行結(jié)構(gòu)分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（3）：93-97.

[14]孫輝，劉前進(jìn).運(yùn)用MAS的配電網(wǎng)保護(hù)和控制[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2011，23（2）：135-141.

[15]胡漢梅，鄭紅，趙軍嘉，等.基于配電網(wǎng)自動(dòng)化的多Agent技術(shù)在含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39（11）：101-105.

[16]林霞，陸于平，王聯(lián)合，等.含分布式電源的配電網(wǎng)智能電流保護(hù)策略[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（6）：82-89.

[責(zé)任編輯：王楠]