論述分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護及自動化的影響

羅 威

（南京南瑞繼保電氣有限公司）

0 引言

分布式發(fā)電不僅能夠為配電網(wǎng)繼電線路提供有效保護，還可以大大提升線路運行的安全性和可靠性，將發(fā)電過程中發(fā)生事故故障概率降到最低。分布式發(fā)電與其他發(fā)電方式對比而言，分布式發(fā)電本身具有發(fā)電電源的規(guī)模小、投入資金成本低以及利用高效方式將發(fā)電電源合理布置在用戶周圍，并且分布式發(fā)電對環(huán)境污染較小等諸多特點優(yōu)勢，由此可見分布式發(fā)電在未來發(fā)展道路上具有極大的發(fā)展空間，在大部分地區(qū)得到廣泛運用。但是由于各方面因素的影響制約，導(dǎo)致分布式發(fā)電在我國一些地區(qū)并未得到發(fā)展應(yīng)用。

1 分布式發(fā)電的優(yōu)勢

通常情況下，分布式發(fā)電的發(fā)電功率不會超過四五十兆瓦，并且在用戶周圍呈分散式布置。同時，分布式發(fā)電系統(tǒng)作為相對獨立的個體，可以獨立輸出供電，這樣不僅能夠有效提升大電網(wǎng)運行的經(jīng)濟效益，還可以滿足于特殊用戶的一些特殊需求。分布式發(fā)電系統(tǒng)從發(fā)電能源角度出發(fā)，可以分為內(nèi)燃機發(fā)電、太陽能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電以及生物質(zhì)能發(fā)電等多種不同類型的能源，是當(dāng)今社會發(fā)展的重要能源之一，對保護社會公共環(huán)境和不斷擴大電力市場規(guī)模和運用方面起著至關(guān)重要的作用。除此之外，分布式發(fā)電主要是通過微網(wǎng)形式與大電網(wǎng)進行連接，為大電網(wǎng)的集中供電系統(tǒng)正常運行提供支撐，并且具有顯著的優(yōu)勢特點。

1.1 安全性、可靠性強

分布式發(fā)電系統(tǒng)作為一種新型的供電系統(tǒng)，各個發(fā)電是相對獨立個體，并且分散布置在用戶周圍，每個用戶可以根據(jù)自身的實際需求，對其進行自主控制使用，避免出現(xiàn)大規(guī)模的停電事故。除此之外，當(dāng)發(fā)生一些無法預(yù)料的災(zāi)害時，分布式發(fā)電系統(tǒng)可以取代集中供電系統(tǒng)，繼續(xù)為用戶供電。由此可見，分布式發(fā)電在一定程度上能夠有效緩解大電網(wǎng)在安全性和可靠性方面存在的不足，為集中供電方式提供相應(yīng)的支持，保證供電系統(tǒng)正常有序運行，為用戶提供安全可靠的電量。

1.2 環(huán)保方面優(yōu)勢

近年來，隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，促使我國能源緊缺問題越來越嚴峻，尤其大電網(wǎng)發(fā)電行業(yè)領(lǐng)域需要消耗大量的能源。而分布式發(fā)電主要利用太陽能、風(fēng)能以及生物質(zhì)等諸多新型能源進行發(fā)電，有效緩解能源緊缺的問題現(xiàn)象，降低環(huán)境污染，維持生態(tài)平衡。同時，分布式發(fā)電可以對區(qū)域內(nèi)的供電質(zhì)量和性能實施有效的監(jiān)控，盡可能避免資源過度浪費。尤其是在輸送配電方面，不需要建設(shè)一些配電站，這樣既可以有效降低損耗，還可以減少輸送配電成本、土地工程和安裝工程的經(jīng)濟成本。分布式發(fā)電系統(tǒng)對于落后的農(nóng)村、山村以及經(jīng)濟發(fā)展程度不高的中小城市的供電需求而言，是一種最佳的選擇方案。

1.3 滿足多種不同的供電需求

由于分布式發(fā)電系統(tǒng)具有一定的獨立性，促使分布式發(fā)電裝置本身具有極強的能動性，可以滿足于不同人群對供電提出的各式各樣的要求標(biāo)準(zhǔn)。例如，對于一些重要的節(jié)日慶典或者是集會現(xiàn)場等，可以利用一些移動的分散式發(fā)電車之類的分布式發(fā)電裝置進行供電。

1.4 分布式供電系統(tǒng)比較簡單

分布式發(fā)電系統(tǒng)主要是利用微網(wǎng)形式接入大電網(wǎng)中進行工作運行，是一個相對獨立的供電系統(tǒng)。由于參與運行的系統(tǒng)相對比較小，致使其操作簡單便捷。同時，供電系統(tǒng)無論是啟動運行狀態(tài)，還是停止?fàn)顟B(tài)，都可以迅速做出相應(yīng)的反應(yīng)，由此可見，分布式供電系統(tǒng)的調(diào)峰性比較好，并且為全自動化發(fā)展奠定良好發(fā)展基礎(chǔ)。

2 分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護及自動化的影響

供電系統(tǒng)在實際運行過程中發(fā)生故障時，雖然傳統(tǒng)的配電網(wǎng)繼電保護方案能夠及時做出處理，但仍然存在一些不足，而分布式發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)能夠有效彌補傳統(tǒng)配電網(wǎng)繼電保護方案中的不足之處，并對相應(yīng)的保護方式進行完善。在配電網(wǎng)繼電保護中合理運用分布式發(fā)電技術(shù)，促使供電系統(tǒng)故障處理能力得到提升，大大提升配電網(wǎng)的保護能力。

2.1 分布式發(fā)電對三段式電流保護的相關(guān)影響

對于三段式電流保護方法而言，傳統(tǒng)的配電網(wǎng)繼電保護具有原理簡單易懂，可靠性較高等優(yōu)勢。一般情況下，當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時，可以對其進行切除處理，但是這種處理方法會因電網(wǎng)接線方式、系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式等因素的影響，致使其在配電網(wǎng)實際保護過程中無法發(fā)揮自身的效果。將分布式發(fā)電與配電網(wǎng)進行有機聯(lián)合時，其結(jié)合供電實際情況，有針對性地對供電系統(tǒng)中的潮流進行調(diào)整。當(dāng)供電線路發(fā)生短路故障時，故障部位的電流大小、流向等均會因故障問題發(fā)生變化。由于分布式發(fā)電接入位置大不相同，致使其對故障部位所產(chǎn)生的電流影響也不相同。通常情況下，分布式發(fā)電接入方式主要分為線路末端接入和電力中部接入兩種介入形式。

2.2 分布式發(fā)電對自動重合閘的影響

由于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是單側(cè)放射性結(jié)構(gòu)，一旦線路發(fā)生故障問題，則會自動合閘，保證供電系統(tǒng)及時恢復(fù)供電，確保供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。將分布式發(fā)電DG與配電網(wǎng)進行聯(lián)合，當(dāng)線路在運行過程中發(fā)生故障時，其故障部分的電流則由分布式發(fā)電DG為其進行供電，促使故障部分電網(wǎng)脫離整個配電網(wǎng)系統(tǒng)，從而形成一個相對獨立的個體。這種情況下則會對配電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，其具體表現(xiàn)主要如下。

（1）非同時期合閘的影響

在配電網(wǎng)接入分布式發(fā)電的情況下，一旦配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生線路故障，系統(tǒng)電源停止供電后，分布式發(fā)電運轉(zhuǎn)會出現(xiàn)加速或減速的問題現(xiàn)象，嚴重影響供電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。因此，電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部會形成一種電力孤島，其可控性相對比較低。電力孤島在一定程度上會對線路故障產(chǎn)生影響，致使相角差出現(xiàn)偏差，嚴重影響整個配電網(wǎng)的運行。相角差過大的情況下發(fā)生非同期合閘時，其沖擊電壓和電流會比較大。同時，沖擊電流會對饋線保護功能產(chǎn)生影響，致使重合閘恢復(fù)功能下降，演唱重合閘故障恢復(fù)時間。

（2）故障點的電弧重燃

電力孤島在一定程度上會對故障的恢復(fù)情況產(chǎn)生影響，但是由于電路結(jié)構(gòu)中存在一定的供電電流，從而導(dǎo)致故障點可能出現(xiàn)電弧未熄滅現(xiàn)象。當(dāng)進行二次供電時，會造成電流過大，且熱量升高，最終造成故障點發(fā)生電弧重燃的問題現(xiàn)象。一旦電流值過大，極有可能擊穿絕緣，造成重合閘故障升級，無法得到恢復(fù)。在實際工程施工過程中，為了降低二次供電帶來的不利影響，需要結(jié)合實際情況，合理安裝低壓解列裝置，以此對非重合期產(chǎn)生的沖擊電流進行緩解，盡可能避免電流對故障點造成嚴重影響。

2.3 分布式發(fā)電對熔斷器保護的影響

首先，在配電網(wǎng)中設(shè)置A、B兩條分支線路，A、B兩條分支線路中設(shè)有A1、B1故障點。當(dāng)故障點A1與相近的熔斷器連接時為C，與C有合作關(guān)系的熔斷器為C1。同時，將分布式DG接入B分支線路上，一旦A1故障點發(fā)生故障，B分支線路中的分布式DG和供電系統(tǒng)中的測電源將會同時向A1點供應(yīng)電流，確保線路故障得以消除。線路故障在消除的過程中，熔斷器C和C1二者之間建立的合作關(guān)系會遭到破壞，致使近性原則無法得到實現(xiàn)。另外，熔斷器對于方向故障電流無法進行識別，一旦電流過大且持續(xù)時長，則會導(dǎo)致熔斷器損壞。

2.4 分布式發(fā)電對分支線路保護的影響

在分支線路中合理利用熔斷器，能夠有效阻礙不被允許的大電流通過。大電流在通過熔斷器時，其產(chǎn)生的熱量會將熔絲熔斷，阻礙大電流通過，確保配電系統(tǒng)線路正常運行。在分支線路中接入分布式電源情況下發(fā)生線路故障時，分布式電源和系統(tǒng)電源將會同時向故障點提供通向電流。當(dāng)提供電流沖擊過大時，相鄰的熔斷器會受到影響，造成線路無法正常運行。當(dāng)分布式電源向線路故障點提供反向電流時，熔斷器無法識別電流方向，則會導(dǎo)致線路負荷過高，最終造成熔斷器損壞或者熔斷等問題現(xiàn)象。

2.5 基于FTU的配電網(wǎng)自動化繼電保護

近年來，隨著我國通信技術(shù)以及自動化技術(shù)的不斷發(fā)展進步，基于FTU的自動化保護方案在城市配電網(wǎng)中得到廣泛運用。該種自動化保護方案主要是通過各個分斷開關(guān)上的饋線終端單元對故障前后的電流和電壓等相關(guān)重要信息數(shù)據(jù)進行采集，并利用相應(yīng)的通信技術(shù)渠道將采集到的數(shù)據(jù)信息傳送至主站，并且由主站對這些數(shù)據(jù)進行全面分析了解，從而對故障區(qū)具體位置進行確定，制定一套合理的供電恢復(fù)策略。最后，對各個開關(guān)進行遙控控制，將故障區(qū)和非故障區(qū)進行劃分隔離，確保非故障區(qū)及時恢復(fù)供電。這種配電網(wǎng)保護方案在手拉手和環(huán)網(wǎng)柜接線方式中得到廣泛運用。

3 結(jié)束語

總而言之，隨著時代飛速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷進步，促使分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)運而生，并且在電力行業(yè)中得到廣泛運用。由于分布式發(fā)電技術(shù)具有高效、環(huán)保等優(yōu)勢特點，成為現(xiàn)階段國際經(jīng)濟發(fā)展的主要趨勢。但是，在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)在發(fā)生短路的情況下，分布式發(fā)電技術(shù)往往會受到各種各樣的因素影響，如電流的流動方向、電流大小、電流分布狀態(tài)等。因此，為了有效提升配電網(wǎng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性，需要對分布式發(fā)電對配電網(wǎng)繼電保護及自動化的影響進行深入研究，對分布式發(fā)電技術(shù)進行逐步完善，進而為分布式發(fā)電技術(shù)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。