浅谈分布式电源对继电保护的影响及对策

浅谈分布式电源对继电保护的影响及对策

摘 要：智能电网发展背景下，分布式电源获得了蓬勃的发展，大量的分布式电源将接入配电系统，也给继电保护带来了一定的影响。文章简述了分布式电源的概念，分析了分布式电源接入对继电保护在灵敏性、选择性和重合闸三方面的影响，并提出了有效的应对策略。

关键词：分布式电源；继电保护；影响；对策

近年来，随着智能电网技术的不断发展，分布式电源因其具有清洁、低碳、高效、可持续等特征，获得了日益广泛的应用。各种分布式电源的接入，也给电网运行带来了新的特征，系统的潮流方向发生改变，对原有的继电保护配置也带来了影响。

1 分布式电源简介

分布式电源（Distributed Generation）简称DG，是指功率为数千瓦到50 MW之间的，不直接和输电系统相连的独立电源系统。分布式电源电压等级在35 kV及以下，呈小型模块化，主要包括太阳能发电、风能发电等可再生能源发电设备，以及电磁储能、电化学储能、飞轮储能等储能设备。

分布式能源接入电力系统后，具有调峰、可持续利用、降低电网投资、提升供电可靠性等优点，通常以35 kV及以下的电压等级接入配电网运行。

2 分布式电源接入对继电保护的影响

配电网是接入用户端的最末环节，与电力用户的用电质量和舒适度息息相关。由于电压等级不高，分布式电源接入前，配电网的继电保护相对简单，而分布式能源的接入，使配电网潮流方向发生变化，给传统的继电保护配置带来影响。

2.1 分布式电源接入前的配电网继电保护配置

由于电压等级不高，传统的配电网采用单端电源供电，呈放射性网络供电。与之相适应，继电保护的配置不具备方向性，主要为：过电流和过电压保护、距离保护，其中尤以过电流保护最为常用。

按照常规配置，在配电网的10 kV馈线出口处均配置三段式的过电流保护，通过阶段式电流保护在动作区、动作时限上相配合，实现对整条馈线的保护。配电网的10 kV馈线以终端线路为主，可以将保护简化为电流速断和过电流两段，如果电网需要快速切除靠近馈线处的故障，可以增设反时限过电流保护。

线路因故障跳闸后，配置三相一次重合闸，不分相跳闸，在故障后，确保及时场合，恢复供电。

2.2 分布式电源接入对继电保护配置的影响

分布式电源接入对配电网的影响集中体现在网架结构的改变、潮流流向的变化、故障电流的变化三个方面，影响的大小根据电源的位置和容量而异。分布式电源接入给继电保护带来的影响主要包括灵敏度改变、选择性改变和重合闸不成功三个方面。

如图1所示，为含有分布式电源的配电网系统图，其中，Es为系统主电源，Zs为Es

的等效阻抗，L1为配电网的一条出线，ZL为L1的线路全长阻抗，DG为接入配电网的分布式电源，通过一个双圈接入L1线路，ZDG为其等效阻抗。

2.3 保护灵敏度改变

如图1所示，以安装在L1线路首端的保护1为例，在故障点F1处发生故障时：分布式电源DG接入之前，Es单侧电源供电，故障电流仅由Es提供；分布式电源DG接入之后，DG也对故障点提供故障电流，但保护1所能感受的电流仅为Es提供，DG的助增作用导致了保护1灵敏度的降低，接入系统的DG容量越大，对保护灵敏度的影响越大，严重时，可能导致F1处故障时保护1动作缓慢甚至拒动。

上图所示仅为分布式电源接入的一种情况，若分布式电源接入在保护前端，则保护能够感受到的故障电流将增大，保护灵敏度变大，在故障时可能导致保护误动作，同时，也会给上下级保护之间的配合带来影响。

2.4 保护选择性改变

根据上文所述，传统的配电网由于进行单侧电源供电，所以保护配置均不带方向。而分布式电源的接入，使得电网中故障时，存在两个电源，可能导致保护失去选择性，出现误动作。

如图1所示，在F3点发生故障时，分布式电源接入之前，仅由Es提供故障电流，而分布式电源接入后，也向F3提供故障电流，导致保护2感受到的故障电流Ik变大，可能导致保护2的电流速断保护失去选择性误动作，将属于下级线路的故障超范围切除。

2.5 重合闸不成功

对于配电网而言，传统的放射性网络单侧电源供电时，故障被切除后，三相一次重合闸可以有效重合，不会对系统产生太大的冲击，保障了系统的可靠性。而分布式电源接入后，多电源网络使重合闸的难度变大，可能重合不成功。

①DG孤岛运行。有分布式电源接入的系统，当线路发生故障时，保护动作切除故障后，只将故障点与系统主电源隔离，而分布式电源仍然能通过线路供电，并未与配电网脱离。所以，此时将形成由分布式电源单独供电的电力孤岛，DG的孤岛运行将给重合闸增加难度。

②非同期合闸。出现DG孤岛运行后，由于系统主电源的脱离，分布式电源可能加速或减速，系统功率发生变化，分布式电源孤岛运行时，与主电网可能出现一个相角差，与主电网失去同步，导致故障后系统三相一次重合闸时，两侧系统不同步，不满足重合闸条件，进行非同期合闸，给系统带来很大的冲击，电流的波动还可能引起保护再次动作跳闸，导致重合闸不成功。

③故障点拉弧。如上文所述，有分布式电源接入的系统在故障时，保护动作只将故障点与系统主电源隔离，而分布式电源仍然能通过线路提供故障电流，导致故障点拉弧，长期不熄灭可能导致故障扩大，从瞬时性故障发展为永久性故障，导致系统重合到永久性故障而再次跳开。

3 分布式电源接入对继电保护配置影响的对策

针对上文分析的分布式电源接入对继电保护的影响，可从以下几个方面采取相应对策：

①加装故障限流器。故障限流器用来削弱分布式电源对继电保护的影响，随着电力电子技术的发展，新型的电力电子型限流器可以实现在系统正常运行时表现为无电抗，在发生故障时，成为阻抗器来进行限流，有效防止继电保护的误动作。

②加装方向元件。针对分布式电源接入后，可能出现了多电源供电导致继电保护失去选择性，对继电保护加装方向元件，来确保继电保护的正确动作。

③加装低周低压解列装置。为了降低非同期合闸和故障点拉弧给系统带来的影响，可以在分布式电源侧加装低周低压解列装置，还可以通过适当延长重合闸动作时间，使分布式电源在合闸前，能够断开与故障点的联系，当线路重合时，系统侧能够检线路无压，使得分布式电源侧检同期合闸成功。

4 结 语

分布式电源接入配电网后，对继电保护的影响与该电源的类型、容量、接入位置都有关。分布式电源的容量越大，对继电保护的影响越强，当分布式电源位于继电保护前端时，电源的助增作用将导致保护范围扩大，可能误动作或越级跳闸；当分布式电源位于继电保护后端时，电源的分流作用将导致保护范围缩小，可能出现拒动。此外，分布式电源对保护的选择性和重合闸都带来了一定的影响，应采取有效的保护策略，保障继电保护装置动作的速动性、选择性、灵敏性、可靠性。

参考文献：

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