余雨成

（江門市大光明設(shè)計(jì)電力有限公司 廣東江門 529100）

分布式電源接入對(duì)變電站繼電保護(hù)影響的相關(guān)問題研究

余雨成

（江門市大光明設(shè)計(jì)電力有限公司 廣東江門 529100）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越來越大，其中電能發(fā)揮著關(guān)鍵的作用；電能具有生產(chǎn)、消費(fèi)同時(shí)完成的特征，可通過電網(wǎng)輸送到各個(gè)區(qū)域，滿足人們的生產(chǎn)和生活需要。本文從分布式電源并網(wǎng)著手，闡釋了接入分布式電源后對(duì)變電站繼電保護(hù)的影響，為接入分布式電源后變電站的供電模式提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

分布式電源；變電站繼電保護(hù)；影響

電能在我國的現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著日益重要的作用，隨著光伏、風(fēng)能、潮汐等新能源產(chǎn)業(yè)的興起，采用分布式發(fā)電（DG，distributed generation）的方式有著眾多的優(yōu)勢，它和傳統(tǒng)的集中發(fā)電的方式相區(qū)別，分布式發(fā)電多采用接入中低壓配電網(wǎng)的方式，導(dǎo)致原有變電站高低壓側(cè)均存在電源，因此，本文主要關(guān)注分布式電源對(duì)變電站繼電保護(hù)的影響，以促進(jìn)變電站的良好運(yùn)行。

1 分布式電源的分類

分布式電源與傳統(tǒng)發(fā)電形式的區(qū)別是：它可采用能量密度較低的太陽能、風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，對(duì)應(yīng)于小規(guī)模的發(fā)電，可就近接入附近配電網(wǎng)，具有一定的經(jīng)濟(jì)性、高效性和可靠性。根據(jù)分布式發(fā)電所采用的能源不同，可以將分布式發(fā)電技術(shù)分為四類：

1.1 往復(fù)式發(fā)電技術(shù)

往復(fù)式發(fā)電技術(shù)把化石燃料、沼氣等作為主要燃料，通過熱機(jī)做功發(fā)電，這種發(fā)電形式由來已久，除大型火力發(fā)電外，大多作為備用電源，通常在網(wǎng)電臨時(shí)中斷時(shí)對(duì)其進(jìn)行利用。

1.2 燃料電池技術(shù)

燃料電池是把儲(chǔ)存的化學(xué)能以一定的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。其在正常運(yùn)行中，不進(jìn)行燃燒，不會(huì)產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，其內(nèi)部的氫和氧在電解質(zhì)的作用下發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而釋放能量。燃料電池是一種較為環(huán)保的發(fā)電技術(shù)，其產(chǎn)出的副產(chǎn)品只有少量的水等[1]。

1.3 太陽能發(fā)電技術(shù)

太陽能發(fā)電技術(shù)是將太陽能直接或間接轉(zhuǎn)換成電能，一類是太陽能光發(fā)電，另一類是太陽能熱發(fā)電。隨著光伏電池的發(fā)電效率提高，太陽能光發(fā)電的利用越來越廣泛，其技術(shù)也比較成熟。可以直接實(shí)現(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)化，不需要消耗任何燃料或工質(zhì)，便于布置在建筑物屋頂，安裝形式靈活，具有運(yùn)行安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)。

1.4 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要是利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電，由于各區(qū)域的壓強(qiáng)和溫差不同，空氣運(yùn)動(dòng)的速度也會(huì)有所不同，因此可以利用其差異來獲取風(fēng)能，目前風(fēng)能技術(shù)的發(fā)展速度很快，發(fā)展前景較好。

此外，目前還有一些已投入商用的分布式發(fā)電技術(shù)，比如潮汐發(fā)電技術(shù)、地?zé)岚l(fā)電技術(shù)等，它們也被陸續(xù)挖掘、改進(jìn)以提高其商用價(jià)值，促進(jìn)發(fā)電技術(shù)的更快發(fā)展。

2 線路故障時(shí)DG接入對(duì)系統(tǒng)重合閘的影響研究

目前分布式電源主要采用就近接入地區(qū)配電網(wǎng)的方式，一般配電網(wǎng)采用鏈?zhǔn)交颦h(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，正常運(yùn)行時(shí)由單側(cè)電源供電，分布式電源采用T接方式接入該配電網(wǎng)，本文對(duì)變電站繼電保護(hù)的影響主要針對(duì)分布式電源采用T接方式接入配電網(wǎng)后對(duì)原有系統(tǒng)的影響，如圖1。

圖1 分布式電源T接配電網(wǎng)絡(luò)圖

2.1 非系統(tǒng)電源側(cè)故障時(shí)對(duì)線路重合閘的影響

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時(shí)一般采用單端供電，由于架空線路80～90%的故障都是瞬時(shí)性故障，待該類故障消失后，可采用自動(dòng)重合閘的方式恢復(fù)配電網(wǎng)正常供電運(yùn)行，提高系統(tǒng)可靠性。

而在變電站的中低壓配電網(wǎng)接入了分布式電源DG后。若在DG下游處發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，即在圖1的d2或d3處，此時(shí)分布式電源和總電源之間無需斷開連接，只需斷開#4或#7處開關(guān)即可切除故障，分布式電源與系統(tǒng)仍存在電氣聯(lián)系，對(duì)故障點(diǎn)而言仍可看作為單一方向的電源供電，所以此時(shí)在#4或#7處重合閘操作時(shí)，與配電網(wǎng)未接入分布式電源前的系統(tǒng)是一致的，不會(huì)發(fā)生重合閘不同步的現(xiàn)象，若可以及時(shí)排除故障d2或d3處，則可以恢復(fù)這個(gè)配電網(wǎng)的正常供電運(yùn)行，系統(tǒng)可靠性與原來一致。

2.2 系統(tǒng)電源側(cè)故障時(shí)DG接入對(duì)系統(tǒng)進(jìn)線重合閘的影響

如果在DG的上游處線路發(fā)生故障，如圖1的d1處，系統(tǒng)側(cè)#1開關(guān)跳開后，DG及其后側(cè)網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)形成獨(dú)立運(yùn)行的孤島，即DG繼續(xù)向整個(gè)配電網(wǎng)以及故障點(diǎn)d1提供電流，導(dǎo)致d1處的故障無法消除，系統(tǒng)側(cè)的重合閘操作將不成功，同時(shí)，配電網(wǎng)側(cè)的孤島難以與系統(tǒng)側(cè)保持同步，重合閘過程可能會(huì)產(chǎn)生了非同步的現(xiàn)象，導(dǎo)致形成過電壓、沖擊電流等，對(duì)配電網(wǎng)側(cè)及分布式電源造成破壞。

若在變電站的高壓側(cè)配電網(wǎng)接入了分布式電源，如圖2所示。

圖2 DG機(jī)組連接110kV母線接入變電站

當(dāng)F1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，則#1和#2開關(guān)可自動(dòng)切斷線路（110kV線路采用差動(dòng)保護(hù)時(shí)可跳開線路兩側(cè)開關(guān)），這會(huì)使系統(tǒng)電源和變電站解除并列關(guān)系。但此時(shí)DG機(jī)組還連接在變電站上，此時(shí)F1后側(cè)可能會(huì)形成獨(dú)立運(yùn)行的孤島，所以位置#1的重合閘設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)檢無壓重合，加上DG機(jī)組發(fā)電容量小于S的容量，DG機(jī)組可能不能滿足其下游的用電需求，此時(shí)孤島將會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的情況，系統(tǒng)總電源和DG分布式電源的電壓差、相位差不能滿足同期合閘的標(biāo)準(zhǔn)，不能進(jìn)行同期合閘[2]。

因此，對(duì)于系統(tǒng)電源側(cè)故障時(shí)，系統(tǒng)側(cè)開關(guān)采用自動(dòng)重合閘功能能否起到預(yù)期作用，取決于DG能否及時(shí)退出運(yùn)行、并避免形成孤島，如DG能在其前端線路故障后及時(shí)退出系統(tǒng)，則此時(shí)系統(tǒng)與未接入分布式電源前的系統(tǒng)是一致的。待系統(tǒng)恢復(fù)正常后DG再并入網(wǎng)絡(luò)，可恢復(fù)原有運(yùn)行方式。

2.3 分布式電源防孤島保護(hù)

當(dāng)電網(wǎng)線路因故障或停電維修時(shí)，分布式電源未能及時(shí)脫離公用網(wǎng)絡(luò)形成分布式電源與周邊負(fù)載組成一個(gè)自給供電的孤島。該孤島會(huì)危及維修人員的安全，且其提供的電壓和頻率不穩(wěn)定，當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)會(huì)產(chǎn)生相位不同而導(dǎo)致過電壓和沖擊電流等不利情況。因此，DG應(yīng)具備防孤島功能，當(dāng)其與主系統(tǒng)不能同步運(yùn)行時(shí)，應(yīng)及時(shí)退出DG或者斷開其并網(wǎng)點(diǎn)，可有效防止電網(wǎng)側(cè)重合閘失敗。但要注意其動(dòng)作時(shí)間應(yīng)與系統(tǒng)側(cè)重合閘時(shí)間整定相互配合。

目前防孤島保護(hù)的主要檢測方法有兩種：①被動(dòng)檢測，通過檢測系統(tǒng)電氣量變化來確定是系統(tǒng)是否出現(xiàn)故障；②主動(dòng)檢測，通過注入信號(hào)的反饋來判斷電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。防孤島保護(hù)裝置應(yīng)安裝在DG的入口處。

3 DG接入對(duì)變電站電流保護(hù)的影響

3.1 電源進(jìn)線段故障時(shí)DG接入對(duì)變電站電流保護(hù)的影響

圖3 分布式電源DG的故障系統(tǒng)圖

如圖3所示，當(dāng)DG機(jī)組與系統(tǒng)電源相連后，如果d處發(fā)生故障，DG機(jī)組和系統(tǒng)電源S同時(shí)為故障的線路提供電流，此電流為短路電流。當(dāng)DG機(jī)組沒有接入系統(tǒng)電源時(shí)，只有S可以為故障線路輸送短路電流，而DG機(jī)組的接入就增加了短路電流的供給，故障點(diǎn)短路電流更大，DG機(jī)組等值電抗標(biāo)幺值的計(jì)算公式如下：

XDG=Xd%/100×Sb/Sn

式中：XDG是DG機(jī)組等效電抗標(biāo)幺數(shù)值；Xd%是機(jī)組電抗的百分值；Sb是三相功率的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值；Sn是發(fā)電機(jī)的額定數(shù)量值。因此，短路電流的增量不僅和和DG機(jī)組的等效電抗標(biāo)幺數(shù)值有關(guān)，還和電源S的等效電抗標(biāo)幺值的數(shù)值有關(guān)[3]。

3.2 DG接入對(duì)變電站原有繼電保護(hù)的影響

3.2.1 正向助增的影響

對(duì)圖2，當(dāng)供電系統(tǒng)下游處發(fā)生故障，即F2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，由于DG機(jī)組的接入增大了系統(tǒng)整體的容量，對(duì)該點(diǎn)處過流保護(hù)起到一定的效果，提高它的靈敏度和靈活性。但是，當(dāng)DG機(jī)組的電流增量較大時(shí)，前一級(jí)電流保護(hù)范圍可能延伸至下一級(jí)，使原有保護(hù)失去選擇性，此時(shí)需要對(duì)全段線路的過電流保護(hù)進(jìn)行重新整定計(jì)算，避開電流增量對(duì)它的沖擊，提高它的穩(wěn)定性。

3.2.2 反向助增的影響

可以把DG機(jī)組作為位置#7當(dāng)做其防護(hù)的后盾，當(dāng)F2或者F1產(chǎn)生故障時(shí)，DG機(jī)組在#7處的過流保護(hù)影響的程度由運(yùn)行的時(shí)間來定，如果反向助增電流的時(shí)間較小，沒有超過過流保護(hù)的限制，則運(yùn)行的時(shí)間可以延長，此時(shí)可以在#7處增加功率方向檢測裝置，使其正面功率的方向一致，這樣可以使保護(hù)7和保護(hù)5、6相輔相成，可以有效避免反向助增電流的副作用，增強(qiáng)下游過流保護(hù)的靈活性。

3.3 DG接入對(duì)變電站距離保護(hù)的影響

如果故障出現(xiàn)在系統(tǒng)電源進(jìn)線處，則不會(huì)對(duì)變電站的距離保護(hù)產(chǎn)生重大的影響，如果故障發(fā)生在非系統(tǒng)電源進(jìn)線處則要分三段來進(jìn)行分析。在Ⅰ段的動(dòng)作時(shí)間較短，距離保護(hù)同時(shí)對(duì)電壓和電流增量做出反應(yīng)，因此Ⅰ段的保護(hù)基本上不受影響。Ⅱ段屬于限時(shí)過流保護(hù)，其較Ⅰ段的時(shí)間長，例如當(dāng)F2點(diǎn)處發(fā)生故障時(shí)，則會(huì)增大Ⅰ處的阻抗，所以這就縮小了Ⅰ處和Ⅱ段的距離，降低其靈活性[4]。而距離保護(hù)Ⅲ段的時(shí)限較長，助增電流通過該段時(shí)電流的作用很弱，所以對(duì)距離保護(hù)Ⅲ段也并無太大影響。

4 結(jié)語

隨著光伏、風(fēng)能等新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。分布式電源接入變電站將成為一個(gè)常見的現(xiàn)象。分布式發(fā)電靠近用電側(cè)，可與傳統(tǒng)的集中發(fā)電相輔相成，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，本文通過對(duì)分布式發(fā)電的類型的介紹，并以DG機(jī)組接入配電網(wǎng)為例，分析了分布式電源對(duì)變電站繼電保護(hù)的影響，以在以后工作中及時(shí)避免風(fēng)險(xiǎn)增大的接入方式，減少分布式電源接入后對(duì)原有保護(hù)的不利影響，促使變電站維持原有運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

[1]潘亮.分布式電源接入對(duì)變電站繼電保護(hù)影響探究[J].科技與企業(yè)，2012，22：147.

[2]祁歡歡，荊平，戴朝波，趙波.分布式電源對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響及保護(hù)配置分析[J].智能電網(wǎng)，2015，01：8～16.

[3]季克朗.分布式電源對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)影響的分析[J].硅谷，2014，22：51～52.

[4]張?zhí)m英.分布式電源接入配電網(wǎng)的繼電保護(hù)影響分析和解決方案[J].科技與企業(yè)，2015，22：255.

TM773

A

1004-7344（2016）18-0039-02

2016-6-1

余雨成（1987-），男，助理工程師，本科，主要從事電氣二次設(shè)計(jì)工作。