含分布式光伏电源的配电网继电保护研究

含分布式光伏电源的配电网继电保护研究

缪尚恒

（国网江苏省电力有限公司如皋市供电分公司江苏226500）

摘要：现阶段，我国的经济发展的十分的迅速，人们对电力的需求也越来越大。分布式电源是指不直接与集中输电系统相连的35kv及以下电压等级的电源，主要包括发电设备和储能装置两部分。随着不可再生能源的短缺，分布式电源受到的关注越来越多，在其接入电网后一方面可以缓解用户对电力供应的需求，但另一方面给配网的稳定性带来了很多的影响。优点主要有：（1）分布式电源可以增大电网的容量削峰填谷；（2）节省输电线路和电厂的建设费用；（3）根据具体需求就地安装消费，减少线路损耗；（4）出现故障时，可孤岛运行给用户继续供电。但其缺点也很明显：（1）在电力系统中大量接入分布式电源会给其调度、运行和规划带来困难；（2）使潮流方向发生改变，导致了系统潮流预测愈加困难；（3）分布式电源并网运行产生谐波，给系统带来电能质量问题；（4）改变了系统的故障电流，影响了继电保护动作的可靠性和安全性；（5）如果形成了非预期的孤岛，则会损害电力设备，并可能对维修人员的安全造成威胁。

关键词：含分布式光伏电源；配电网；继电保护；研究

引言

近些年由于一次能源紧缩和环境污染问题，世界各国都在加快对可再生能源的开发和利用，分布式发电技术也因此应运而生。分布式电源经济、环保，而且容量小，能够灵活地接入配电网，改善配电网的潮流分布。目前，中低压配电网大多采用单侧电源供电模式，而分布式电源的接入使得配电网由一个单端电源的辐射网络变成一个多端电源的复杂网络，给配电网的设备选型、无功功率和电压分布、配电网继电保护、短路故障时的处理过程以及一些特殊情况下的孤岛运行等方面带来了影响。针对这些问题，一些学者提出了针对性的改进策略。比如，为防止潮流逆流，杨义和周羽生提出了方向纵联差动保护，这种方法虽然解决了潮流逆流问题，可却忽略了继保的整定问题；为减少分布式电源接入后对配电网改造的成本，吴争荣提出了补偿电压相量差值比较与方向纵联保护综合使用的保护原理。但对一些电压等级较高的配电网发生短路接地故障时，容易出现区外短路故障误动作，而且对电压死区的识别不是很灵敏。笔者提出的纵联电流相位差动保护，只需线路两端短路电流相位即可区分保护区内、外短路并做出准确应对，该方案简单易操作、对通信通道要求低，而且该测量值与短路电流的幅值大小无关，不受系统振荡、过渡电阻的影响，能更大程度上保证配电网的可靠性。

1分布式电源并网特点

对于不同的分布式电源（DER），其接口并网形式通常与其容量和输出特性有关，常见的互联接口包括同步发电机、异步发电机、DC/AC或AC/AC变换器等。一般来说，采用同步发电机并网的分布式电源可以分为：励磁电压恒定型与励磁电压可调型。由于励磁电压恒定型分布式电源不具有电压调节能力，其发出和吸收的无功功率与并网端电压相关，潮流变动性大且不可控，不能作为PV或PQ节点；而励磁电压可调型的分布式电源的潮流计算与传统的方法相同，通常进行分析时被视为PV节点。异步电动机运行时需要从系统中吸收无功功率建立励磁，吸收的无功功率大小由并网端电压决定。因此，在处理以异步电动机为接口的分布式电源并网潮流计算时需要进行特殊处理。以换流器（DC/AC、AC/AC变流器）为接口的分布式电源输出特性（有功、无功、电压等）与具体控制策略相关，因此在处理潮流计算时，需要结合各自的控制策略进行相应的计算处理。

2含分布式光伏电源的配电网继电保护的措施

2.1基于相位比较式纵联两端保护

相位比较式纵联保护的基本原理是比较被保护线路两端的电流相位。规定电流的正方向为由母线指向被保护线路，当内部短路时，两端电流方向均为正方向，相位相同；当外部短路时，一端电流为由母线指向线路，另一端为由线路指向母线，两端电流相位相反。因此可以根据电流的相位差来判别内部或外部短路。当配电网内部的一条馈线MN正常运行或外部出现故障时，按规定的电流正方向来看，IM和IN大小相等，但相位却相差180°。而当线路MN内部出现故障时IM和IN同时流向故障点K1，方向均为正，此时相位相同。因此可以通过相位的变化实现故障的定位与隔离。一般的电流比相保护的动作判据为：φ≤180°-φb∪φ≥180°+φb（1）式中φb为闭锁角。φb整定的原则是保证区外故障时保护不动作。因此φb的计算必须考虑一切不利因素的影响，通常：φb=δTA+δPD+δL+φy（2）式中：δTA为电流互感器两侧二次电流的最大误差，一般不超过7°；δPD为传输工频延时角；δL为经保护装置中的滤序器及发信操作回路的角度误差，不超过15°；φy为裕度角，一般取15°。比相式电流纵联差动保护在线路内部故障时，线路两端故障分量电流之间的相位不受两端电势的影响，亦即与负荷电流无关。两端电流的相位仅由故障点两端系统综合阻抗的阻抗角决定。

2.2限制DG容量及接入位置

因不能保证在故障发生时及时将DG从配电网中切除，通过限制DG的容量和改变接入配网的位置来减少对配网的影响；在保证继电保护可靠动作的前提下，分析了DG接入数量、接入位置、组合方式以及线路参数等多个方面对其准入容量的影响，最后的实验结果表明，如果不改变配电网的原有保护配置，则DG的准入条件将会受到很大限制，故该方法仍具有一定的不完善之处。

2.3自适应保护

自适应保护的思想是尽可能地让保护适应电力系统的变化，改善保护的性能。自适应保护的方法，存储基准信息，对线路的各个电气量实时采样计算，然后将两者比较，根据结果来确定故障范围和对此故障应该采取的保护方案。但是该方法需要对每个点进行信息采集，而配电网络的覆盖面广，运行维护较困难。文献[12]也提出自适应保护方法，该文献是用计算机对电网的运行状况进行实时监控，依据系统运行方式的变化，使保护装置的定值能够进行动态调整。

2.4改变配电网的保护配置

在原保护的基础之上加装方向判别元件，可将输电线路中成熟的保护原理和方案应用于配电系统中，还能采取网络化数字保护，将DG的影响降到最低。具体分析DG接入后对原有配电网距离保护的影响，该方法本质上是用允许式方向纵联保护的方案来代替了原有距离保护方案，使配网更可靠。

结语

针对配电网接入分布式电源后继电保护出现的一系列问题，提出了纵联电流相位差动保护，并利用正序电压和正序电流的相位关系消除分布式电源接入点附近短路时的动作死区。该方案简单易操作，而且能够灵敏地实现全线可靠速动。最后通过仿真实验得出该方法适用于中低压配电网，而且保护范围内发生的任何类型的短路故障，该方法都能实现线路的可靠快速动作。另外，基于正序电压与正序电流相位差构成的辅助判据则可以准确消除分布式电源接入点附近短路故障时的死区。通过与传统纵联电流差动保护的比较，验证了上述观点的正确性。

参考文献：

［1］陈璐璐.含分布式电源的配电网保护方案设计[D].南京：南京理工大学，2016.

［2］张勇.分布式发电对电网继电保护的影响综述[J].电力系统及其自动化学报，2015，22（2）：145-151.

［3］尚瑨，邰能灵，刘琦，等.考虑分布式电源的配电网保护改进方案研究综述[J].电力系统保护与控制，2016，40（24）：40-45.

［4］袁超，吴刚，曾祥君，等.分布式发电系统继电保护技术[J].电力系统保护与控制，2016，37（2）：99-105.

［5］王江海，邰能灵，宋凯，等.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，2015，30（22）：37-43.

［6］庞建业，夏晓宾，房牧，等.分布式发电对配电网继电保护的影响[J].继电器，2017，35（11）：5-8.