分布式太陽能電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響及對(duì)策措施

侯小力+++張煜堃

【摘要】：分析了分布式電源接入后對(duì)配電網(wǎng)傳統(tǒng)繼電保護(hù)特性的影響，探討了分布式電源在不同位置接入時(shí)對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)可靠性和選擇性的影響。利用算例詳細(xì)分析不同接入位置分布式電源容量和短路電流之間的關(guān)系，從而推導(dǎo)出了保證配電網(wǎng)中繼電保護(hù)可靠性的分布式電源的準(zhǔn)入容量，結(jié)合目前已有的研究成果，提出了具有建設(shè)性的解決方案，為未來分布式電源在配電網(wǎng)中的大量接入提供了有益的參考。

【關(guān)鍵詞】：分布式電源；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)

引言

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的情況下，企業(yè)對(duì)能源的需求日益增加，就會(huì)出現(xiàn)地球上的不可再生能源的短缺，而且大量的煤炭會(huì)造成嚴(yán)重的空氣污染，影響到人類的生活。因此要實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保的電力開發(fā)，除了電力新能源應(yīng)用技術(shù)的提高還有電力節(jié)能技術(shù)的提高也是我們要考慮的問題。

1、分布式發(fā)電的定義

分布式發(fā)電簡(jiǎn)稱DG，把成千上萬瓦的大功率進(jìn)行分散化，分布在用戶周圍，形成單一卻又受控制的發(fā)電單位。分布式發(fā)電有風(fēng)力發(fā)電、小型燃?xì)廨啓C(jī)和生物質(zhì)能發(fā)電等。分布式電源能有效提高能源使用率，降低損耗。按能源類型分類，分布式電源可分為：化石能源分布式電源，主要有燃料電池及復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)等；可再生能源分布式電源，主要有太陽能發(fā)電機(jī)、水力發(fā)電機(jī)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)等；電能儲(chǔ)存分布式電源等。

2、接入分布式太陽能光伏發(fā)電電源的影響

2.1未接入分布式太陽能電源時(shí)的配電網(wǎng)故障仿真

要有效了解這種發(fā)電方式，仿真模擬是最好的研究方式，因?yàn)椴煌闆r下的分布式太陽能電源會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的機(jī)電保護(hù)裝置產(chǎn)生不同的影響，所以通過選取某變電站作為實(shí)例，對(duì)其進(jìn)行分析，以增加對(duì)分布式太陽能電源的認(rèn)識(shí)。根據(jù)該變電站的具體情況和系統(tǒng)參數(shù)，在簡(jiǎn)化了10kV饋線后，使用EMTDC/PSCAD建立了配電網(wǎng)故障仿真模型，系統(tǒng)基準(zhǔn)容量設(shè)置為500MW，并將饋線保護(hù)分別安裝在圖1的A、B、C處。在該模型中，每段線路上所裝的保護(hù)分別為R1、R2、R3、R4，通過對(duì)其進(jìn)行仿真操作，在不接入DG的情況下，也就是正常狀態(tài)下，R4處的電流為2.010kA，R1、R2和R3處的電流在0.610kA左右。但是如果在B、C、D和E等位置發(fā)生了三相短路故障，通過該系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行仿真，可以得到如表1所示的數(shù)據(jù)。

2.2分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

在輻射型配電網(wǎng)絡(luò)中，配電網(wǎng)繼電保護(hù)一般按單電源輻射型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整定，由于只有一個(gè)電源向故障點(diǎn)提供短路電流，只需要跳開系統(tǒng)側(cè)斷路器即可清除故障，保護(hù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，一般只配置速斷和過流保護(hù)。分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)絡(luò)變成多源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在故障發(fā)生時(shí)會(huì)引起短路電流大小和方向的改變，給繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置的正常運(yùn)行帶來一系列問題，如原有繼電保護(hù)不做改動(dòng)或調(diào)整，可能使保護(hù)出現(xiàn)誤動(dòng)或拒動(dòng)，直接影響配電網(wǎng)安全運(yùn)行。

2.3對(duì)三段式電流保護(hù)的影響

傳統(tǒng)的三段式電流保護(hù)方法，原理簡(jiǎn)單，方法可靠，能快速切斷一般情況的電力故障的，但電網(wǎng)的接線方式和運(yùn)轉(zhuǎn)方式都會(huì)影響三段式電流的保護(hù)。接入分布式電源，重排電流順序，當(dāng)電流短路時(shí)，由于電流順序重排，故障位置的電流也受到變化。分布式電源的接入方式主要有電力中部接入和末端接入等[2]。分布式電源的接入位置不同，相應(yīng)的故障電流也會(huì)不同。第一：對(duì)于不同步的閉閘，接入分布式電源后，分布式電源運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)加快或減慢，由于分布式電源與系統(tǒng)的電源不同步，會(huì)有所差距，當(dāng)差距到一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)勁的沖擊電壓，沖擊分布式電源與配電網(wǎng)的電力系統(tǒng)；第二：會(huì)在故障位置出現(xiàn)重燃現(xiàn)象。配電網(wǎng)失去電力電壓時(shí)，分布式電源會(huì)供電給故障線路位置，而若在此時(shí)閉合閘刀，會(huì)直接導(dǎo)致故障位置出現(xiàn)電弧重燃現(xiàn)象，進(jìn)一步惡化故障。所以，在接入分布式電源的時(shí)候，應(yīng)在配電網(wǎng)側(cè)面安裝低解壓力的裝置，進(jìn)行無壓檢測(cè)，同時(shí)檢測(cè)分布式電源，確保準(zhǔn)確無誤，避免出現(xiàn)安全事故。

3、應(yīng)對(duì)措施

3.1未接入分布式太陽能電源時(shí)的配電網(wǎng)故障的措施

為解決上述存在的問題，設(shè)置的新型繼電保護(hù)裝置，具有高速通信功能，能夠極大地改善繼電保護(hù)的性能，使其作用得到充分發(fā)揮，不僅能夠及時(shí)準(zhǔn)確地切除故障，還可以縮短動(dòng)作時(shí)間。經(jīng)過上述研究分析得出，在饋線上兩側(cè)安裝有方向元件的保護(hù)，能夠有效提高保護(hù)的選擇性和可靠性。

3.2變壓器繼電保護(hù)

變壓器繼電保護(hù)的質(zhì)量，關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)的用電穩(wěn)定和安全，因此，要做好變壓器的繼電保護(hù)，才能保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。對(duì)于系統(tǒng)的短路問題，變壓器的短路保護(hù)主要分為過電流和阻抗保護(hù)，過電流保護(hù)就是在變壓器中設(shè)置元件保護(hù)裝置，一旦變壓器運(yùn)行發(fā)生故障就能夠自行切斷電源，及時(shí)跳閘；阻抗保護(hù)就是利用一定的變阻元件，在元件運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)進(jìn)行阻抗變化，從而保護(hù)變壓器。另外，變壓器的油箱也是極易發(fā)生故障的地方，一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)釋放大量有害氣體，因此，可以借助瓦斯保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)油箱的保護(hù)。

3.3生物質(zhì)能

生物質(zhì)能發(fā)電主要利用農(nóng)業(yè)、林業(yè)和工業(yè)廢棄物、甚至城市垃圾為原料，采取直接燃燒或氣化等方式發(fā)電，包括農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。在生物質(zhì)能運(yùn)用到電能中時(shí)，首先可以通過使用氣化裝置將生物質(zhì)能的原料轉(zhuǎn)化成氣體的形式。然后利用生物質(zhì)能的燃?xì)鈱⑵渥鰹槿剂?，通過合理的燃燒手段將生物質(zhì)能的燃?xì)馊紵?。需要使用更科學(xué)的手段，更合理地利用好生物質(zhì)能發(fā)電，為國(guó)家?guī)砝妗?/p>

結(jié)語

DG為電網(wǎng)引進(jìn)了可持續(xù)發(fā)展的、潔凈的新能源，但同時(shí)給電網(wǎng)繼電保護(hù)運(yùn)行帶來了很大的挑戰(zhàn)。如何有效地管理和控制DG，使其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響盡可能小，是未來分布式電源繼續(xù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。本文首先分析了配電網(wǎng)接入DG后繼電保護(hù)特性的改變情況，并理論分析了不同接入容量和不同接入地點(diǎn)對(duì)繼電保護(hù)特性的不同影響，同時(shí)結(jié)合目前已有的研究成果討論了DG未來的研究方向，并給出了有益的建議。

【參考文獻(xiàn)】：

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