接入分布式电源的配电网继电保护分析

接入分布式电源的配电网继电保护分析

姚连彬

（国网山东汶上县供电公司272500）

摘要：本文从分布式电源的容量、接入位置，分析了这种电源配置对配电网中继电保护的影响。研究发现，容量越大，则对整个继电网的影响程度就会越大，保护的可靠性就不能够得到保证。此外，这种电源结构可以使上游的保护范围增大，但同时，由于在下游产生了分流，使得原有的保护能力减弱，因此需要增加额外的器件来进行补充。

关键词：电源；分布式；继电；保护

一、分布式电源简介

分布式电源（DG）是目前一种新型电力技术。通常我们所用到的电都是从发电厂输送到电网当中，再由电网直接输送到用户[1]。但是大量的分布式电源引入到电网当中，势必会使电网的复杂度提升，工作人员支配、调度电网就会面临很多挑战。

为了更好的调配电网，就需要分析分布式电源给配电网带来的影响，以及如何进行配电网继电保护工作。众所周知，配电网是一种放射性的网状结构，整个电网由单电源供电，所以继电保护也是建立在这种基本结构之上的。但是，如果接入分布式电源，这种原有的结构就会随之发生变化。当配电网中有故障时，分布式电源会对产生故障的部分再分配一些电流，系统也会给这部分分配电流。这就对整个配电网产生了影响，需要指出的是，分布式电源所在的位置，分布式电源的大小等都会对配电网构成一定的影响。

分布式电源在配电网中的功率大概是十千瓦到三十兆瓦之间，它是一种可以和环境兼容的，小型的、单独的电源。具有可调性[2]，并且可以利用再生资源，减少配电网成本，降低损耗，提高供电率的众多优点。分布式电源的种类也有很多，包括风力发电，水力发电站，生物电池以及燃料电池等等。

这种分布式电源接入到配电网当中可以在故障发生时，对产生故障的部分分配一定的电流。可以将这种行为表示成一个电源串联电抗的形式。这个时候就需要考虑的是，在故障发生时，这种独立电源究竟可以提供多大的电流给产生故障的部分。一般来说，不同类型的分布式电源所产生的的电流是不一样的，这与每个分布式电源的电抗大小有关。

二、配电网络简介

配电网络相比于分布式电源有更多的形式[3]，接线方式也是多种多样的，主要由环状接线方式、树形接线方式、放射状接线方式等。在具体的实际操作中采用哪一种接线方式主要是根据需求来确定的，对供电可靠性要求较高的话就要采用较稳定的网络。在我国，目前使用最多的还是放射状的网络形式，这种方式的优点在于后期可以根据用户数量进行相应的拓展，保证了供电的稳定性。

三、配电网的继电保护

相对于高压大系统而言，配电网的继电保护属于一种简单的保护[4]。这种继电保护也分为很多类，具体的有：电压保护、距离保护、限电流保护、电流保护等等。继电保护的工作需要完成两项基本的任务，第一个就是在发生故障时，可以进行有效的维护，最终使得故障可以被解决。第二个就是，可以最为备用选择对相邻的网络进行保护，以应对意外的情况。

本文就用最常见的放射状的配电网络来进行分析，这种配电网络采用的是单电源供电系统，意味着，在故障发生时，只有系统中的电源可以分配电流输送到故障产生部位，因此，可以将配电网中的继电保护装置配置在系统侧方位。当配电网接入分布式独立电源之后，在发生故障时，就不单单由系统来进行补偿电流的分配，这种分布式电源也可以适当分配一些电流，这样这样系统中的电流情况就会与原来不加装置大大不同。在实际的应用当中，最常见的继电保护是上述所提到的电流保护，这也是相对可靠的继电保护，在这种保护机制下，电流可以突然增大来对系统进行保护。为了分析分布式电源在电网中对系统的影响，研究电流突然增大这种保护行为，通常这种电流强度可以通过本条线路最末端的短路电流，经过这种保护装置位置的最大电流来计算最终的电流情况。按这条线路最末端的断路电流计算出最终的保护电流，保护效果通常用保护范围来进行评估。具体的评估方法，首先要保证被保护区域的最末端能够按照最小方式进行运行。其次，由短路时的短路电流和动作电流的比就可以得到最终的最小的保护范围。

根据上述的分析我们可以知道，当分布式的独立电源接入到继电网络时，原有网络的结构发生了很大的变化。在配电网络中有故障发生时[5]，新加入的分布式电源可以增加系统中的电流对配电网络进行一定的补充，这样在经过发生故障的地方时，就可以相应的增加那部分的电流。所以分布式电源的引入可以改变分布式电源引进部位的短路的相对水平，这样对继电网络的保护作用起到了积极的影响，也为整个系统安全稳定的运起到了可靠的保障作用。通过分析我们可以发现，分布式电源在配电网络中有很大的拓展空间，在故障发生时，由于分布式电源具有增长电流或者分流的作用，使得通过需要保护装置的电流可以随着调整增大或者减小，这样的结果就是保护的范围和保护的敏捷性得到了很好的保证，但是需要注意的是这样也会给配电网络中不同层级之间的相互配合、调度带来一定的问题，因此还需要分析加入分布式电源之后对周围的环境会不会产生影响。经过研究可以发现，如果分布式电源引入到配电网络中，网络中的继电保护受影响程度不是很大，那么这种情况下，继电保护还是可以满足一定的保护范围和保护精度的要求，因此，整个网络中的继电保护就不需要进行太大动作的改进。但是现在配电网络中需要保护的对象形式变得多样起来，例如对一些数据信道的保护，在这种情况下，引入分布式电源就需要考虑能否满足保护范围和相关保护精度的要求了。

分布式电源引入配电网络中还有一个问题是，没有具体的方向原件。因为在原有的配电网络中，配电网是进行单电源供电的，但是在引入了分布式电源时，就需要进行双向供电了，但是原来网络中并没有方向器件。如果在接入分布式节点的上半段发生故障时，上半段和下半段都会有保护电流流过，因此需要注意电流不应当超过系统中设定的初值，一旦超过限制，保护电流便失去了保护的作用，因此，原来的配电网络中需要加入相应的方向元件，来保证继电保护能够顺利的进行下去。

四、总结

本文讨论了基于放射状的配电网络在引入分布式电源的继电保护情况，通过分析可以得到以下几个方面的结论。首先，分布式电源是带有一定的容量的，它的引入会影响原有网络中的结构，分布式电源的类型、所在的位置都会给原有的网络造成一定的影响。其次保护电流增大，有可能在保护故障部位时，使得电流越过保护部分，影响到下一级电流，使得保护失效。最后，再引入DG时，需要增加方向元件，增加保护的可靠性。

参考文献：

[1]郭路宣.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].华南理工大学，2013.

[2]周学明.含分布式电源的配电网故障特性分析与保护技术研究[D].华中科技大学，2013.

[3]赵威.含分布式电源配电网的继电保护方法的研究与仿真[D].湖南大学，2011.

[4]王江海，邰能灵，宋凯，顾临峰，盛继卿.考虑继电保护动作的分布式电源在配电网中的准入容量研究[J].中国电机工程学报，2010，22：37-43.

[5]赵月灵.分布式电源接入对变电站继电保护影响的相关问题的研究[D].合肥工业大学，2009.