國網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司 阮浩潔 錢 程 林一馳

現(xiàn)階段大多采用傳統(tǒng)發(fā)電模式來提供電力系統(tǒng)的電源，雖能夠維持電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，但會消耗大量的能源，對環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。隨著研究的不斷深入，部分智能電網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)采用分布式電源的接入來替代傳統(tǒng)的發(fā)電模式，其具有節(jié)省電力系統(tǒng)總投資、重復(fù)利用資源等特點，在電網(wǎng)運行中具有提高供電可行性、調(diào)峰等優(yōu)點。但其也有不少弊端：原有的電流保護(hù)方法已無法適應(yīng)，特別是電源保護(hù)方法的整定值與傳統(tǒng)的發(fā)電模式有較大的變化，需要重新調(diào)整電源保護(hù)方式；當(dāng)輸配電線路故障時，會造成上游保護(hù)裝置中的短路電流減少，導(dǎo)致保護(hù)裝置的靈敏度降低。特別是短路故障發(fā)生在線路的邊上時，由于電源容量不足，容易觸發(fā)保護(hù)裝置誤操作。

1 分布式電源及微電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)分析

1.1 分布式電源的概念

分布式電源(Distributed Generation，DG)是指一種功率在10kW到30MW的小型獨立電源模塊，能夠滿足用戶需求，如調(diào)峰、為邊緣用戶提供電力能源等。分布式電源具有能量利用率高、環(huán)境污染小、投資不大等特點，將其應(yīng)用在配電網(wǎng)中可有效增加配電裕度，提高供電系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

當(dāng)前分布式電源并沒有明確的國家標(biāo)準(zhǔn)，但從現(xiàn)有文獻(xiàn)中可看出分布式電源具有幾個關(guān)鍵指標(biāo)：容量小。發(fā)電單元體積不大，即插即用，性價比高；直接接入配電網(wǎng)；分布式電源本身難以控制，接入分布式電源后反而會增加機(jī)組的負(fù)荷；分布式電源可重復(fù)利用再生資源，環(huán)境污染小，資源利用率高；分布式電源對過電壓、閃邊等會產(chǎn)生較大的影響；隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，分布式電源的利用范圍將會越來越廣泛。

1.2 分布式電源的運行方式

并網(wǎng)運行。根據(jù)電源容量大小又可分為兩種情況：大容量分布式電源通過配網(wǎng)母線接入配電網(wǎng)，小容量分布式電源以就近原則接入配電網(wǎng)。采用并網(wǎng)運行的主要優(yōu)點是可以節(jié)約并網(wǎng)成本；獨立運行。是指配電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式電源相互獨立運行，互不干擾。采用獨立運行的主要原因是系統(tǒng)不穩(wěn)定會帶來故障，從而引起孤島運行。除此以外還有一些政策、經(jīng)濟(jì)等因素的影響。

2 分析分布式電源接入對配電網(wǎng)的影響

分布式電源接入配電網(wǎng)能夠提高供電可靠性，減少電力系統(tǒng)的損耗。但同時也會改變配電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及故障電流的大小和方向，造成保護(hù)裝置誤操作。為避免保護(hù)裝置誤操作，確保配電網(wǎng)的安全，本章構(gòu)建分布式電源接入配電網(wǎng)的仿真模型，分析不同故障模式下分布式電源接入對保護(hù)結(jié)構(gòu)誤操作帶來的影響。

2.1 研究對象與方法

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)是利用配電網(wǎng)的輻射性，通過配電網(wǎng)保護(hù)裝置之間的相互配合，確保繼電保護(hù)的可靠性和靈敏性。分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)將會呈現(xiàn)雙向潮流特性，對繼電保護(hù)的可靠性和靈敏性將會產(chǎn)生較大的影響。

2.2 分布式電源接入對配電網(wǎng)保護(hù)的影響分析

2.2.1 接入無饋線自動化配網(wǎng)的保護(hù)影響分析

無饋線自動化配網(wǎng)一般采用電流保護(hù)、距離保護(hù)兩種方式，但常見的配電網(wǎng)保護(hù)模式為距離保護(hù)，下面將分析分配式接入電源對距離保護(hù)模式的影響。

當(dāng)前，距離保護(hù)方式能夠靈活應(yīng)對系統(tǒng)運行方式的變化，保護(hù)范圍相對穩(wěn)定，已廣泛應(yīng)用于35～220kV的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[1]。圖1為分布式電源接入距離保護(hù)配網(wǎng)，采用段式保護(hù)模式，將A處、C處的阻抗記為ZA，ZC，IS，Igl，Ig2均為相量。相對于電流保護(hù)來說，距離保護(hù)擺脫了對電流絕緣值的依賴，并且有電壓輔助保護(hù)，因而更加容易實現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)裝置之間的配合[2]。但是，距離保護(hù)仍然存在保護(hù)范圍縮小、保護(hù)裝置之間配合默契度不高等問題，降低繼電保護(hù)裝置的靈敏度及可靠性，導(dǎo)致保護(hù)配合失敗。

圖1 分布式電源接入距離保護(hù)配網(wǎng)

2.2.2 接入重合器模式饋線自動化配網(wǎng)的保護(hù)影響分析

饋線的自動化是指配電網(wǎng)發(fā)生故障時，將會自動定位故障發(fā)生的位置，隔離故障點和非故障點，為高效解決配電網(wǎng)故障提供較高的可靠性和安全性[2]。 常見的饋線自動化一般采用本地自動化和遠(yuǎn)方自動化兩種模式，實際運用中采用本地自動化模式較為廣泛，該模式主要運用重合器、分段其和重合分段器三類電氣設(shè)備。

重合器。主要用于檢測電流故障，按照故障實現(xiàn)保護(hù)和控制功能，也可以按照預(yù)設(shè)的分合次數(shù)實現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生故障時，重合器瞬間檢測到故障自動斷開，避免過電故障。如果是瞬間故障，重合器斷開后將會自動重合，設(shè)備復(fù)位；如果是永久故障，重合器閉合后又會自動跳閘，當(dāng)跳閘次數(shù)達(dá)到了預(yù)期設(shè)定的次數(shù)以后，將會形成閉鎖，直到人為排除所有故障后才能夠讓重合器再次閉合。

分段器。單獨的分段器能夠斷開正常負(fù)荷電流，并記錄故障電流發(fā)生次數(shù)。當(dāng)故障發(fā)生次數(shù)超過設(shè)定次數(shù)時，無論電路是否有故障分段器都將會自動分閘閉鎖。

重合分段器。在沒有超過預(yù)設(shè)的故障次數(shù)范圍內(nèi)，需要分段器和重合器相互配合才能夠斷開短路電流。圖2為重合分段器的示意圖，圖中有2個分段器S1、S2，1個重合器R。當(dāng)F點發(fā)生故障時，重合器R快速跳閘，分段器S1、S2計數(shù)1；重合器R閉合，分段器S1、S2計數(shù)2；重合器R快速跳閘，分段器S1、S2的故障次數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的整定值，R自動分閘并閉鎖，故障隔離。

圖2 分段器與重合器配合實現(xiàn)饋線自動化

2.2.3 接入FTU模式饋線自動化配網(wǎng)的保護(hù)影響分析

FTU模式饋線自動化利用遠(yuǎn)程通信技術(shù)，根據(jù)主站提供的設(shè)備參數(shù)和運行情況，實現(xiàn)故障的遙控和故障檢測，能夠準(zhǔn)確定位故障點，并隔離故障點和非故障點。常見的饋線自動化分為集中處理模式和饋線差動模式[3]。本文著重介紹接入分布式電源對集中處理模式饋線自動化配網(wǎng)的影響。

集中處理模式是通過主站通信實現(xiàn)設(shè)備參數(shù)和運行情況的上傳下達(dá)，運用拓?fù)鋱D實現(xiàn)故障定位、實現(xiàn)故障點和非故障點隔離[4]。圖3為集中處理模式的環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)，該配電網(wǎng)絡(luò)采用環(huán)柜網(wǎng)來實現(xiàn)，將開環(huán)點設(shè)置在S8，環(huán)柜網(wǎng)上均加裝FTU并通過遠(yuǎn)程通信與主機(jī)后臺連接。當(dāng)F點發(fā)生故障時，QF1會快速跳閘，F(xiàn)TU1、FTU2會檢測到故障發(fā)生點，并將相關(guān)信息傳輸給主站。主站根據(jù)FTU1、FTU2回傳的信息判斷故障電應(yīng)當(dāng)在S2與S3之間，并立即發(fā)出故障處理指令，重合器自動執(zhí)行。

圖3 集中處理模式的環(huán)形配電網(wǎng)絡(luò)

FTU模式饋線自動化配網(wǎng)接入分布式電源有3種方式（圖3）：接入分布式電源1、接入分布式電源2、接入分布式電源1和2三種情況。下面將分析這三種接入方式對配電網(wǎng)保護(hù)的影響。

只接入分布式電源1：當(dāng)S2、S3之間線路故障時，QF1快速跳閘，并將故障信息傳輸?shù)街髡?。主站發(fā)出指令分閘S2、S3，合閘QF1，合閘S8，以保證再次供電；當(dāng)S1、S2之間線路發(fā)生短路故障時，QF1、S1流過短路電流，QF1將故障信息傳輸給主站。主站發(fā)出指令分閘S1、S2，重合QF1，合閘S8，隔離分布式電源1。但當(dāng)QF1、S1之間發(fā)生短路故障時，流經(jīng)QF1的電流為正向短路電流，流經(jīng)S1的電流為反向故障電流。但FTU沒有方向元件，因而主站也無法判斷故障所在位置，要想準(zhǔn)確獲取故障位置需要重新制定故障策略。

只接入分布式電源2：當(dāng)S2、S3之間線路故障時，QF1、S1、S2流過短路電流，S3流過反向電流。FTU1、FTU2將相關(guān)故障信息傳輸給主站，主站根據(jù)信息將會判定故障點發(fā)生在S3、S4之間，造成主站誤判；按照同樣的判定方式，當(dāng)QF1、S1間發(fā)生故障時，系統(tǒng)主站也會判定故障電在S3、S4之間。

分布式電源1、2同時接入：當(dāng)S2、S3之間線路故障時，重合分段器會自動判斷QF1、S1發(fā)生短路故障，F(xiàn)TU1、FTU2將相關(guān)故障信息傳輸給主站。主站根據(jù)FTU1、FTU2傳輸?shù)男畔⑴袛喙收宵c在S3、S4之間，造成了故障誤判，影響了電網(wǎng)運行安全。

3 分布式電源接入配電網(wǎng)的保護(hù)策略

最大化使用傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)。要想實現(xiàn)最大化傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)，應(yīng)從兩方面入手：一是配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時，分布式電源立即退出運行，這樣故障識別、處理以及配電網(wǎng)的保護(hù)等將不會受到分布式電源的影響，現(xiàn)有的傳統(tǒng)配電網(wǎng)保護(hù)也無需做出任何調(diào)整；二是限制分布式電源的接入容量、短路電流與接入位置。運用傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)不會產(chǎn)生短路電流超限、故障電流越限、非同期重合等情況。

運用先進(jìn)的配電網(wǎng)保護(hù)方法。運用更為完善的配電網(wǎng)保護(hù)方法來應(yīng)對分布式電源接入帶來的影響。隨著分布式電源接入的實踐應(yīng)用越來越多，采用傳統(tǒng)的配電保護(hù)也可能帶來一定的安全隱患。引入通信技術(shù)、差動技術(shù)、方向元件等方式來實現(xiàn)配電網(wǎng)的保護(hù)，不僅可以促進(jìn)分布式電源的廣泛應(yīng)用，還將有助于擴(kuò)大故障隔離范圍，形成故障隔離，提高配電網(wǎng)保護(hù)的效率和質(zhì)量。