分布式电源的配电网继电保护整定及运行 探讨

分布式电源的配电网继电保护整定及运行 探讨

向利华

国网湖南省电力有限公司怀化供电分公司 湖南怀化 418000

摘要：分布式电源的出现对我国电力产业的发展有着重要意义，但同时也增加了配电网的继电保护整定及继电保护配置的复杂性。本文作者探讨了分布式电源接入配电网后继电保护整定面临的新问题及改进措施。

关键词：分布式电源；配电网；继电保护

0、引言

随着对电力需求迅速增长，以大机组、大电网、高电压为主要特征的大型输电网虽优点很多，但其弊端也日益突出。具体表现为:1)大型互联电网的骨干连接线故障易扩散，极可能导致大面积停电。大电网中某关键处故障所产生的扰动可能会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电,造成严重后果。2)大输电网的投资成本高，运行维护难，降压难度大，难以灵活满足各种不同用户的供电需求。3)大型电网的输电路径和变电站等，在城市群中，对环境保护和土地需求的压力不断地增大。分布式电源(Distributed Generation System)可以满足电力系统和用户的特殊要求，与环境兼容的独立电源系统，具有灵活的变负荷调峰性能，可为边远用户或商业区提供较高的供电可靠性，节省输变电投资，适合可再生能源利用。

1、分布式电源的含义和优势

分布式电源装置是指功率为数千瓦至50 MW小型模块式的、与环境兼容的独立电源。这些电源由电力部门、电力用户或第3方所有，用以满足电力系统和用户特定的要求。如调峰、为边远用户或商业区和居民区供电，节省输变电投资、提高供电可靠性等等。其优势主要是：(1)经济性：由于分布式发电位于用户侧，靠近负荷中心，因此大大减少了输配电网络的建设成本和损耗；同时，分布式发电规划和建设周期短，投资见效快，投资的风险较小。 (2)环保性：分布式发电可广泛利用清洁可再生能源，减少化石能源的消耗和有害气体的排放。(3)灵活性：分布式发电系统多采用性能先进的中小型模块化设备，开停机快速，维修管理方便，调节灵活，且各电源相对独立，可满足削峰填谷、对重要用户供电等不同的需求。(4)安全性：分布式发电形式多样，能够减少对单一能源的依赖程度，在一定程度上缓解能源危机的扩大；同时，分布式发电位置分散，不易受意外灾害或突发事件的影响，具有抵御大规模停电的潜力。

2、分布式电源对配电网的影响

2.1对电能质量的影响

2.1.1.电压波动与闪变。电压波动是指电压幅值不超过0.9-1.1的随机变动或者有规律的波动。也可以说闪变是比较严重的电压波动的体现；闪变是对灯光照度波动的一种主观感受，当电压幅值波动达到0.5%，每秒变动6.25次，将更加明显，闪变是没有规律的。

2.1.2.谐波污染和直流注入。由于分布式电源需要建立很多个微小的发电系统，其所需要大量电子器件，这就难免会产生大量电波污染。

2.1.3.对系统稳态电压的影响。当分布式电源接入大电网内运行时，原本大电网中某些正常负荷节点，可能会因分布式电源的接入造成电压升高甚至超过其承受范围。

2.2对配电网电压变化的影响

配电网的基本单元是馈线，而我国馈线的等级基本为10kV，每条馈线上的线路呈现出树状分布。

相关人员为了更好地研究分布式电源接入对配电网电压的变化的影响，特意制作了三角形模型，有效防止了负荷分部模型所产生的不均匀状况而带来的误差，能够与实际情况更加接近。

分布式电源在k点处接入时候，其容量为PDG+jQDG，此时的配电网只有DG在作用，那么d点前后电压的损耗就可以分情况进行讨论。

相关人员继续对其进行研究之后发现，一定容量的DG接入到配电网网络中，对于馈电线上的电压分布将会产生重要影响，其影响的程度与DG总容量、接入位置有很大关系。DG的调节作用与其类型、容量也具有极为密切的关系，而相应的调压方案则还需要根据具体情况来应对和实施。

2.3对配电网规划及配网管理的影响 　　分布式电源接入配电网已经是当今电力建设中必然的发展趋势，配电网虽是辐射设计，单端供电，但单条线路本身因供电分支多，有很复杂的结构。电源接入到配电网线路的位置不同将对线路上各分段断路器继电保护的整定产生不同的影响，并且还会对供电的灵活性和保护的可靠性造成一定的影响，导致电网的整体运行效率发生改变。分布式电源接入配电网中，也会对配网规划及管理带来一些新问题。第一，因为分布式电源接入配电线路中，使原有配电线路的稳定性发生改变，导致线路网络结构的选择变得更加的困难。第二，因为分布式电源接入点的不确定性，规划人员不能对系统的负荷进行准确的推算。第三，分布式电源的接入致使电网公司在负荷管理及运营管理方面增加了一定难度，传统的供电模式中，电力公司对小型用户采取的是两路线，单端供电的方式，分布式电源使得电路系统结构变得复杂，如果不尽快出台相应的规划规范，特别是接入点的相关规则，可能会对电力系统的安全性和稳定性带来一定的影响。第四，如何布局，使电量能准确计量等问题也让配网规划设计面临新考验。综上，以上问题都会导致电网公司的规划费用和运营费用发生改变，并且给负荷管理，电量管理增加难度。分布式电源大量接入配电网还可能会对当前输电设施的容量产生影响，也许会出现输电设备发生闲置的情况，降低了电网的经济效益。 

2.4对继电保护的影响

继电保护是指被保护设备发生故障时，保护安装处的保护装置能够较快速的切除或隔离故障，避免损失的扩大，其保护整定与电网的接线方式有密切关系。分布电源的接入对配网继电保护的影响：第一，分布式电源的接入使得短路时电流的流向发生了很大的改变，由原来只有单端电源一个流向变为多端电源两个流向，这对配网线路主断路器的三段电流保护的精确动作带来不确定影响。第二，分布式电源的接入也使得短路故障时，流过配网线路短路电流的大小产生较大的变化，而其短路电流大小的变化也还不确定，这就使得原有的三段保护各段的灵敏度和保护范围变得难以明确，各线路之间的配合关系变得更加复杂。第三，继电保护的方向也因为分布式电源的接入而变得更加不明确。传统配网所采用的供电方式为单端供电，保护装置虽有方向却不用投入，而配线的各分段断路器和环网柜保护未要求做方向设计，但是分布式电源接入之后，配电网中的一部分线路有可能会转换成为双端电源供电线路，配网线路任一点发生故障，分布式电源会提供短路电流。系统侧的保护及线路的分段断路器或环网柜保护均未带方向，分布式电源所产生的故障电流叠加系统侧的故障电流后，故障电流会增大，当大于线路分段断路器或环网柜保护的整定定值，会引起各分段断路器或环网柜保护误动作，保护失去选择性。第四，分布式电源接入的不规则性，更加恶化了整定的环境，电流流向的变化，也给重合闸能否成功带来不确定性。综上，分布式电源接入配网必须重新研究，出台适用的新整定原则，使得继电保护及自动装置能发挥其正常的作用。其对于配网继电保护整定带来的影响，简化一下为：1）导致线路保护灵敏度降低；2）导致线路主开关或线路分段开关保护误动，引发线路跳闸；3）不能保证各段保护得到正确的选择性；4）自动重合闸重合失败。

3、配电网继电保护整定的建议措施

3.1配网保护整定

为了解决分布式电源接入对配网的影响，促进配电网继电保护运行的安全性与可靠性，既要降低越级跳闸现象，还要将继电保护的作用充分发挥。本人有以下相关建议。

其一，如果配电线路的供电半径比较短，线路很短，在出现故障期间，各个分段开关处的短路电流水平差异比较小，可以不考虑分布电源对线路继电保护的影响，线路跳闸后采用线路保护重合闸动作对故障进行补救。其二，如果配电线路供电半径比较大，而且线路较长，并面临较重负荷等相关问题，又加进来本分布电源，应在对线路上的分段断路器整定时，考虑分布电源的影响，至于分布电源参数收集和短路电流计算的问题也要尽快出台规范。其三，在分布电源大量接入的未来，柱上开关保护整定应纳入到电力公司调控中心去进行统一管理，并由电力公司调控中心统一对线路柱上断路器设定定值。前面已经分析过，分布电源的接入，使得配网的继电保护整定变得复杂，整定难度也大大增加，由调控中心的专业整定人员统一收集柱上开关的相关信息，并根据分布电源的接入点和容量对柱上开关的保护范围内进行合理地短路电流计算，才能使整个线路的各段保护都尽量满足灵敏性，选择性及保护配合的相关要求。其四，对有分布式电源的配网保护整定原则合理规范，并尽快形成统一的整定原则。促进定值整定的标准性、正确性、合理性。

3.2合理选择配网结构

配电网的前期规划，一，要对10kV配网线路进行辐射规划设计，有效地避免出现两极与两极以上的串联供电方式。对分布式电源的接入点进行研究，或规范接入点，以发挥继电保护的最大效应。二，对于配网继电保护装置来说，在选择时，要满足相关的技术标准和电网公司规程的相关要求，并采用微机型继电保护装置，保证其运行的更可靠。三，在对配电网继电保护用电流互感器的选择上，老站按要求改造，新变电站按新设计原则，要满足有分布电源的配网线路CT的相关标准，不仅要满足对故障电流的传变要求，还要严格防止电流互感器以及继电器的失效。

4、结束语

随着当今社会对电力的需求和依赖与日俱增，以及国家对分布式电源发展的大力支持，构建含分布式电源的配电网已是不可避免的趋势。虽然分布式电源的优势相对较明显，发展前景也很为广阔，但其对配电网继电保护配置及整定的不利影响也将越来越突出，因此行之有效的应对措施则成为了当务之急。电力科研人员应该加快在此方面的研究，尽快出台带分布式电源的配电网继电保护整定方面的原则和规范，减小当前分布式电源对配电网继电保护及配电网规划管理等的影响，以助力分布式电源的良性发展。

参考文献：

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[2] 余胜，李晓辉.含分布式电源的配网自适应保护方案[J].电力系统保护 与控制，2012，（40）

[3] 余文晖.分布式电源对配电网继电保护影响探讨[J].电源技术应用， 2013，（15）.