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摘 要：智能电网发展背景下,分布式电源获得了蓬勃的发展,大量的分布式电源将接入配电系统,也给继电保护带来了一定的影响.文章简述了分布式电源的概念,分析了分布式电源接入对继电保护在灵敏性、选择性和重合闸三方面的影响,并提出了有效的应对策略.
关键词：分布式电源；继电保护；影响；对策
中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0099-02
近年来,随着智能电网技术的不断发展,分布式电源因其具有清洁、低碳、高效、可持续等特征,获得了日益广泛的应用.各种分布式电源的接入,也给电网运行带来了新的特征,系统的潮流方向发生改变,对原有的继电保护配置也带来了影响.
1 分布式电源简介
分布式电源（Distributed Generation）简称DG,是指功率为数千瓦到50 MW之间的,不直接和输电系统相连的独立电源系统.分布式电源电压等级在35 kV及以下,呈小型模块化,主要包括太阳能发电、风能发电等可再生能源发电设备,以及电磁储能、电化学储能、飞轮储能等储能设备.
分布式能源接入电力系统后,具有调峰、可持续利用、降低电网投资、提升供电可靠性等优点,通常以35 kV及以下的电压等级接入配电网运行.
2 分布式电源接入对继电保护的影响
配电网是接入用户端的最末环节,和电力用户的用电质量和舒适度息息相关.由于电压等级不高,分布式电源接入前,配电网的继电保护相对简单,而分布式能源的接入,使配电网潮流方向发生变化,给传统的继电保护配置带来影响.
2.1 分布式电源接入前的配电网继电保护配置
由于电压等级不高,传统的配电网采用单端电源供电,呈放射性网络供电.和之相适应,继电保护的配置不具备方向性,主要为：过电流和过电压保护、距离保护,其中尤以过电流保护最为常用.
按照常规配置,在配电网的10 kV馈线出口处均配置三段式的过电流保护,通过阶段式电流保护在动作区、动作时限上相配合,实现对整条馈线的保护.配电网的10 kV馈线以终端线路为主,可以将保护简化为电流速断和过电流两段,如果电网需要快速切除靠近馈线处的故障,可以增设反时限过电流保护.
线路因故障跳闸后,配置三相一次重合闸,不分相跳闸,在故障后,确保及时场合,恢复供电.
2.2 分布式电源接入对继电保护配置的影响
分布式电源接入对配电网的影响集中体现在网架结构的改变、潮流流向的变化、故障电流的变化三个方面,影响的大小根据电源的位置和容量而异.分布式电源接入给继电保护带来的影响主要包括灵敏度改变、选择性改变和重合闸不成功三个方面.
如图1所示,为含有分布式电源的配电网系统图,其中,Es为系统主电源,Zs为Es的等效阻抗,L1为配电网的一条出线,ZL为L1的线路全长阻抗,DG为接入配电网的分布式电源,通过一个双圈接入L1线路,ZDG为其等效阻抗.
2.3 保护灵敏度改变
如图1所示,以安装在L1线路首端的保护1为例,在故障点F1处发生故障时：分布式电源DG接入之前,Es单侧电源供电,故障电流仅由Es提供；分布式电源DG接入之后,DG也对故障点提供故障电流,但保护1所能感受的电流仅为Es提供,DG的助增作用导致了保护1灵敏度的降低,接入系统的DG容量越大,对保护灵敏度的影响越大,严重时,可能导致F1处故障时保护1动作缓慢甚至拒动.
上图所示仅为分布式电源接入的一种情况,若分布式电源接入在保护前端,则保护能够感受到的故障电流将增大,保护灵敏度变大,在故障时可能导致保护误动作,同时,也会给上下级保护之间的配合带来影响.
2.4 保护选择性改变
根据上文所述,传统的配电网由于进行单侧电源供电,所以保护配置均不带方向.而分布式电源的接入,使得电网中故障时,存在两个电源,可能导致保护失去选择性,出现误动作.
如图1所示,在F3点发生故障时,分布式电源接入之前,仅由Es提供故障电流,而分布式电源接入后,也向F3提供故障电流,导致保护2感受到的故障电流Ik变大,可能导致保护2的电流速断保护失去选择性误动作,将属于下级线路的故障超范围切除.
2.5 重合闸不成功
对于配电网而言,传统的放射性网络单侧电源供电时,故障被切除后,三相一次重合闸可以有效重合,不会对系统产生太大的冲击,保障了系统的可靠性.而分布式电源接入后,多电源网络使重合闸的难度变大,可能重合不成功.
①DG孤岛运行.有分布式电源接入的系统,当线路发生故障时,保护动作切除故障后,只将故障点和系统主电源隔离,而分布式电源仍然能通过线路供电,并未和配电网脱离.所以,此时将形成由分布式电源单独供电的电力孤岛,DG的孤岛运行将给重合闸增加难度.
②非同期合闸.出现DG孤岛运行后,由于系统主电源的脱离,分布式电源可能加速或减速,系统功率发生变化,分布式电源孤岛运行时,和主电网可能出现一个相角差,和主电网失去同步,导致故障后系统三相一次重合闸时,两侧系统不同步,不满足重合闸条件,进行非同期合闸,给系统带来很大的冲击,电流的波动还可能引起保护再次动作跳闸,导致重合闸不成功.
③故障点拉弧.如上文所述,有分布式电源接入的系统在故障时,保护动作只将故障点和系统主电源隔离,而分布式电源仍然能通过线路提供故障电流,导致故障点拉弧,长期不熄灭可能导致故障扩大,从瞬时性故障发展为永久性故障,导致系统重合到永久性故障而再次跳开.
3 分布式电源接入对继电保护配置影响的对策
针对上文分析的分布式电源接入对继电保护的影响,可从以下几个方面采取相应对策：
①加装故障限流器.故障限流器用来削弱分布式电源对继电保护的影响,随着电力电子技术的发展,新型的电力电子型限流器可以实现在系统正常运行时表现为无电抗,在发生故障时,成为阻抗器来进行限流,有效防止继电保护的误动作.
②加装方向元件.针对分布式电源接入后,可能出现了多电源供电导致继电保护失去选择性,对继电保护加装方向元件,来确保继电保护的正确动作.
③加装低周低压解列装置.为了降低非同期合闸和故障点拉弧给系统带来的影响,可以在分布式电源侧加装低周低压解列装置,还可以通过适当延长重合闸动作时间,使分布式电源在合闸前,能够断开和故障点的联系,当线路重合时,系统侧能够检线路无压,使得分布式电源侧检同期合闸成功.
4 结 语
分布式电源接入配电网后,对继电保护的影响和该电源的类型、容量、接入位置都有关.分布式电源的容量越大,对继电保护的影响越强,当分布式电源位于继电保护前端时,电源的助增作用将导致保护范围扩大,可能误动作或越级跳闸；当分布式电源位于继电保护后端时,电源的分流作用将导致保护范围缩小,可能出现拒动.此外,分布式电源对保护的选择性和重合闸都带来了一定的影响,应采取有效的保护策略,保障继电保护装置动作的速动性、选择性、灵敏性、可靠性.
参考文献：
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参考文献：
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