分布式电源并网运行对电网保护的影响及对策

分布式电源并网运行对电网保护的影响及对策

李亮

国网浙江省电力有限公司永嘉县供电公司 浙江 永嘉 325100

【摘要】分布电源具有灵活、节能、环保、低损耗、低成本等优点。但大量的分布式电源与电网相连，会对系统继电保护和备用自动开关设备的通过短路电流产生较大影响。在详细分析分布式电网运行对电网保护的影响的基础上，本文提出了加强电能质量管理、健全继电保护配置和针对这些影响完善重合闸装置等三项对策，以实现对相关输变电设备的有效保护。

关键词：分布式电源；配电网；保护系统

0.引言

分布式电源(DG)是近年来发展起来的电力技术。电源介于几千瓦和50MW之间，体积小，模块化且与环境兼容。以风能、小燃气轮机、燃料电池机组、太阳能电池机组为主。相对于传统的集中发电方式，它的优点是投资少，发电方式灵活，环保，分布式电源能够应对高峰用电。相对于集中发电方式，能更好地控制负荷。要使更多的分布式电源接入电力系统，就必须对大型电网结构进行分析研究，以优化该地区的电网保护。

1.分布式电源接入电网的优点

该系统集成的主要优点在于：第一，可以充分利用太阳能等可再生清洁能源；第二，可以将大量的分布式电源接入电网，大大减少大中型电厂和高压输电电网的建设，既减少了投资，又减少了征地面积和线路走廊；第三，由于分布式电源是相互独立的，所以可以自我控制，提高电源的可靠性。即使外部电网停电，分布式电源也能为用户提供持续的电力供应，能有效地解决边远山区和农村地区的供电问题；第四，分布式电源有很好的峰值调节特性，因而能平衡负荷，影响整个电网；第五，分布式电源有利于多方筹资和发电，也有利于推动电力市场的多层次竞争机制。与此同时，大量的分布式电源连接到电网上，这会导致一些问题，如误操作、孤网运行和保护失配等。

2.分布式电源并网运行对电网保护的影响

2.1给电网监控和电力调度带来的影响

分布式电源数量大、容量小，难以实现对系统的实时监控。一些分布式电源不能与电网监控中心及时建立信息联系，导致监控中心缺乏关于分布式电源的信息。缺少信息的分布式电源是监控的盲点。分布式电源的有功与无功输出由于缺乏相关信息，既不能参与电网的运行调节，也不能协同电网的稳定运行。

2.2分布式电源对继电保护的影响

分布式电源注入故障点的短路电流叠加原系统短路电流，会改变系统短路电流的方向和大小。原继电保护装置不能满足电网正常运行的需要。入网前电网结构大致呈放射状，从电源到用户端均为单向电流。分布式电源进入电网后，就形成了一种混合分布的电流网络结构。此时电流潮流不再从电源母线单一流向用户端。若配电网络中线路出现异常，则当前结构的改变也会影响线路保护动作的正确动作。假定分布式电源中存在较大的短路电流，短路电流通过短路电路叠加到配电网上，使保护范围发生变化。这样，继电保护容易承受反向短路电流，从而导致合闸失败。此外，由于继电保护装置数量众多，对其改造不能满足经济性要求。所以当分布式电源接入电网时，必须充分考虑对继电保护装置产生的影响。

2.3分布电源对自动装置的影响

变电站内部自投装置的备自投启动依据，多数情况下会以检测进线无流、母线无压为主，在经过一定的延迟后，断路器就会动作，在确认跳开后备用断路器就会合上，从而恢复持续供电。如果带有分布式电源的线路接入变压站的低压侧母线，系统侧发生故障，上级线路会发生失压，同时会向变电站内提供倒送电源。由于系统母线存在残压或短路电流，不具备正常起动条件，在强制起动情况下，在分布式电源与系统失去联络，形成孤岛情况下，而分布式电源又被强行并入系统，产生非同期合闸，对分布式电源造成很大冲击，造成停机和设备损坏。

3.解决分布式电源并网运行对电网保护影响的对策

3.1加强电能质量管理

为加强电能质量管理，实现对输出电压幅值的有效控制，可将自耦变压器安装在逆变器输出端，并采用闭环控制系统实现分接点的切换。根据稳态逆变器输出的交流电压与整流电路输入的直流电压幅值成正比的原理，通过改变直流电压实现输出电压的控制。此方案适用于相对薄弱的电网，如光伏发电等。若使用VAR技术，电网可在数秒内自动维持设定电压水平及电能品质。电源滤波器可用于吸收谐波源产生的谐波电流，从而有效地抑制谐波对环境的污染。无源滤波器除了能吸收谐波电流外，还能对无功进行一定程度的补偿，其运行维护也比较简单。有源滤波器能对谐波电流进行有效的补偿和隔离，具有较快的响应速度和可靠性。混合滤波器是一种新型滤波器，具有以上两种滤波器的优点。

3.2优化继电保护配置

在光伏电站发生线路短路故障时，线路保护会迅速动作，即断路器跳闸。线保功能可在轻负荷、满负荷、空载、金属或非金属故障等各种工况下正常运行。为保证电源的可靠运行，减少断电的可能性，光伏电站的并网开关应配备完整的内部过流保护响应装置。主保护设备整组的运行时间不能超过20ms，返回时间不能超过30ms。变压器组与光伏电站接通后，通过升压变压器输出，无需配置母线保护。对母线为10kV的光伏电站，不再提供特殊母线保护。当出现故障时，备用保护设备可以切除故障。若后备保护动作时间达不到规定要求，则应安装相应的保护装置，以消除母线故障。

3.3完善重合闸装置

当故障消失后，先利用自动重合闸设备连接到分布式电源，再将瞬时故障断路器闭合，恢复正常供电，确保系统可靠运行。接通分布式电源后，会导致自动重合闸问题，如连续电弧放电和故障点异步关闭等。如果在线路发生暂态故障时不及时切断电源，就可能继续向故障点提供短路电流，使其无法切断，从而造成故障点上的电弧重叠。当线路发生暂态故障而分布式电源切断时，系统就进入孤岛运行模式。这时，孤岛系统可能不能与网格保持同步。若继续进行非同期重合闸，则可能导致合闸过程中造成较大的冲击电流或冲击电压，从而引起诸如电压降较大这样的问题，从而影响配电网的电能质量。

鉴于在接入分布式电源过程中，自动重合可能会继续产生电弧，因此建议在分布式电源侧增加“防孤岛”装置。使分布式电源在重合闸前停止运行，避免了非同期重合闸和故障点持续电弧等问题。为降低非同期重合对电网和分布式电源造成的冲击，需要在系统侧和分布式电源侧对重合装置进行无压检测。与此同时，分布式电源和网点侧都要设置高、低频解列装置，使系统在发生故障时能及时对分布式电源进行解列。

4.结束语

综上所述，随着人们对能源危机和环境危机的日益关注，新能源的开发和利用成为了研究的热点。分布式电源作为一种新能源利用方式，越来越多地被集成到了电网中。但随着与电网相连的分布式电源数量和容量的增加，其对电网的影响越来越大。本文分析了分布式电源对电网的影响，从多个方面分析了接入电网后的保护措施。应采取有效的技术措施，最大限度地减少不利影响，充分发挥分布式电网的优势。

参考文献

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