分布式发电对配电网线路保护的影响

摘 要：为了分析分布式发电对配电网线路保护的影响，以某分布式电源接入配电网为模型进行研究。研究分布式电源在并入配电网不同馈线区域和不同线路段时，对配电网线路保护以及配电网中其他装置的影响，观察在分布式电源在不同位置进行接入时对配电网重合闸的影响，提出相应的保护措施，希望可以解决分布式电源在接入配电网线路时对线路保护造成的影响。

关键词：分布式电源；配电网；线路保护；保护算法

目前我国配电系统主要以集中式供配电为主，如果配电网中的任何一处出现了故障，都会对整个配网造成影响，极易造成电力安全事故，而且集中式配电网不能有效的观察各个电力区域发生的电网负荷变化，会造成电力分配的损失。分布式发电是一种新型的发电技术，包括水力发电、风力发电、光伏发电和燃料电池发电等等，分布式发电可以分散的布置在电力用户周围，并且并入到配电网中对用户提供电能，促进了电力能源的利用，具有较高的经济效益。但是分布式发电并入到配网线路中，会改变配电网原有的拓扑结构，对配电网的电能质量、线路保护等造成影响。针对分布式电源接入配网线路不同馈线位置对线路保护造成的影响进行分析，提出相应的配网线路保护措施，促进我国配电网的发展。

1 分布式发电的分类和优点

1.1 分布式发电的分类

分布式发电可以在电力用户的附近建立起容量比较小的发电机组，对附近的电力负载进行供电。分布式发电与传统的集中式发电有很大的不同，因为分布式发电使用的全部为可再生能源，降低了我国能源的消耗，对环境保护有着重要的作用，并且分布式发电的规模比较小，保证了距离电源中心较远用户的供电，提高了配电网供电的稳定性。分布式发电技术主要包括水力发电、风力发电、太阳能光伏发电、燃料电池发电和生物能发电等等，是一种对可再生能源进行利用的发电技术。

1.2 分布式发电的优点

分布式发电由于是在电力负荷的附近进行供电，所以减少了配网在电力传输过程中造成的电力损失，提高了配网供电效率。分布式发电与传统电力系统相比有着以下优点：分布式发电运用的都是可再生能源，并且分布式电源全部建立在电力负荷附近，降低了能源消耗，满足我国节能环保的要求；分布式发电并入到配电网中，可以对配网进行电力补充，即使配网出现故障，分布式电源也能对电力用户进行不间断供电，提高了供电可靠性；分布式电源的安装比较简便，运行方式也非常灵活，可以根据电力负荷随时进行调节，具有良好的调峰性能；分布式发电系统装机比较简单，可以解决偏远地区的供电问题，提高了配网供电的经济性。

2 我国配电网现有的保护配置

我国的中低压配电网大多是单侧电源，辐射式配电，所以配电网中的电流方向以及功率全部是恒定的，配网线路的保护装置也全部以单侧电源为基础。我国的配电网线路都配备有继电保护装置，可以保证配电网运行的稳定性，并且配电网中的保护装置大多遵循三段式电流保护。三段式电流保护原是指可以根据电流的增加而自动启动的保护装置，三段式电流保护包括瞬时电流保护、定时限电流保护和定时过电流保护，并配备了自动重合闸装置。

三段式电流保护中的瞬时电流保护和定时限电流保护是对配电网线路的主体保护，过电流保护为配电网线路的备用保护。例如在配电网因为线路故障出现电流激增时，瞬时电流保护就会启动，对配电网的电流进行切断，瞬时电流保护的保护范围有限，不能对线路全长进行保护。定时限电流保护的保护范围比瞬时电流保护大，基本可以保护整条线路，但是却需要相应的动作时间。过电流保护是在线路发生故障时启动的，并且可以对主线路的相邻线路进行保护。

大多数配电网的线路故障均属于瞬时故障，为了保证在瞬时故障时候能迅速地恢复供电，自动重合闸装置一般都与瞬时保护装置进行配合。在线路发生故障时，自动重合闸装置会迅速切断整条线路，并进行重新合闸，如果故障为瞬时故障，那么在重合闸之后整条线路就会恢复供电。所以自动重合闸装置保证了配电网供电的稳定性，并且还可以对配网线路中的误跳闸进行纠正。如果配电网线路出现永久性故障，自动重合闸装置会进行重复断开，避免故障范围扩大对周边线路造成影响。

3 分布式发电对配电网线路保护的影响

3.1 分布式电源接入对配电网一次重合闸的影响

分布式电源接入到配电网之后，配电网中的线路不再是原本的单侧电源，但是自动重合闸装置会增加供电稳定性，所以不会对装置进行拆除，这就导致线路在出现故障时自动重合闸的相关功能会对整个配电网产生不利的影响。举例分析分布式电源接入后对一次重合闸的影响（如图1所示）。

（S为系统配电网；F为故障点；K为线路保护装置；L为配电网线路）

图1 接入分布式电源的配电网线路

对图1进行分析，如果配网线路的故障出现在K1范围内，该段范围的一次重合闸装置就会启动将线路断开，这时分布式电源就会形成电力孤岛，导致配电网的电力同步出现问题，使一次重合闸丧失了瞬时故障恢复的能力，线路中也会出现冲击环流，对分布式电源造成冲击。

如果线路故障为永久故障，那么在自动重合闸装置将线路断开后，分布式电源继续对配电网进行供电。在这种情况下重合闸装置将线路重新连接时，线路电流就会过大，导致故障点出现强电流击穿，使电力事故的范围扩大。

为了解决上述问题，可以在分布式电源并入配网处安装线路保护装置，使线路发生故障时，保护装置可以对分布式电源进行切断。

3.2 分布式电源的接入对配电网线路三段式电流保护造成的影响

分布式电源在配电网中的并入位置不同，会导致配网的电流产生重新分布，并入位置的不同也会导致故障电流的大小和流量产生不同，所以要对分布式电源不同的并入位置进行分别阐述。

3.2.1 在配网线路的末端并入分布式电源对三段式电流保护造成的影响

在配网线路末端并入分布式电源后，在系统配电网和分布式电源之间就变成了双电源供电，其他未并入的区域仍为单电源供电。在这种情况下如果临近分布式电源的F1出现了故障，P3、P4线路保护装置是不会发现该处线路故障的，P1、P2也会继续接受到系统配电网传输的电量对配电网进行继续供电，这种情况下P2不会受到分布式电源的影响，能够可靠的对线路故障进行切除；如果故障点出现在F2点处，P1保护装置不会受到分布式电源的影响，可以执行自动切断，但是P2会接收到分布式电源的继续供电，使该处形成电力孤岛，对电力用户的用电设备造成损害；如果线路故障出现在F3处时，短路电流是由系统供电网和分布式电源共同提供的，P3可以接受到系统配电网的供电并且不会接收到分布式电源的供电，可以可靠的对线路故障进行切除，但是P1和P2线路保护装置会接收到分布式电源提供的电流，如果分布式电源的容量比较大，有可能造成P2线路保护装置的误切除；如果线路故障发生在F4处，最理想的切断情况就是由P4进行单独工作对故障点进行切除，但是如果分布式电源的容量过大的话，可能会出现P2的误切除动作，也可能会出现P3对线路进行切除，影响了线路保护装置的判断性，所以在分布式电源在线路末端进行并入时，要合理的控制分布式电源的容量，保证线路保护装置能够合理的选择切断。（图2）

图2 在配网线路末端并入分布式电源

3.2.2 在配网线路的中间端并入分布式电源对三段式电流保护造成的影响

这种并入方式使整个配网线路中系统配网与分布式电源之间为双电源供电，其余位置为单电源供电。当不同位置出现短路故障时，分布式电源对配电网线路的影响也是不同的。假入配网线路的故障出现在F1点，在这种情况下P3和P4线路保护装置不会受到分布式电源的影响。P2会继续执行切断操作，但是P1会受到分布式电源的影响，导致保护装置的灵敏度降低，不能及时发现线路中存在的故障。P1保护装置的灵敏度会随着分布式电源的容量而变化，分布式电源的容量越大，P1保护装置的灵敏度也就越低；如果故障发生在F2处，会出现和上述情况相同的现象。因为P1保护装置的电力主要由系统配电网进行提供，但是产生故障的电流比分布式电源并入之前小，所以P1不能有效的发现线路故障，所以不会进行保护，如果分布式电源的容量过大，还会造成P1保护装置拒动的现象。当F3处发生故障时，P2和P3都会正常的运行，但是P1可能会感受到分布式电源提供的短路电流，造成P1保护装置的错误切除，影响LD2线路的正常用电。当F4处发生故障时，会和上述情况相同，P1仍然会感受到分布式电源提供的短路电流，造成线路的错误切除。所以需要对分布式接入电源的容量进行控制，避免分布式电源容量过大，影响配电网线路保护装置的正常运行，对整个配电网线路的三段式电流保护造成影响。（图3）

图3 在配网线路中间段并入分布式电源

4 对接入分布式电源的配电网线路保护改进措施

将原有的系统供电网和分布式电源接入点的线路改变成双端供电结构，原本的三段式电流保护仅在线路侧端安装线路保护装置，不具备方向性的保护功能，所以在保护过程中，容易出现分布式电源的反方向传递，对线路保护装置造成扰动。针对这种现象，可以在线路保护装置中加装方向测定元件。分布式电源如果对短路位置提供电流可能会造成短路点的电弧过大，导致短路点的重合闸功能不能实现，导致配电网线路的永久性故障。所以对分布式电源的配网线路保护进行改进时需要在线路前半段设置断路器，保证线路发生故障时，可以将故障从两端切除掉。在对分布式配电网线路进行改进时，是将三段式电流保护更改为两段式电流保护，并结合通信系统进行改进。在改进过程中需要将相邻的两个线路保护装置构成一个完整的通信单元，并将所有的通信单元与保护装置的通信通道相连。使线路保护装置在闭锁时，可以向通信模块发出相应的闭锁信号，通信模块对闭锁信号进行分析，确定正确的闭锁位置，避免相邻线路同时闭锁的现象发生，有效的降低了线路保护装置错误扰动的现象。

在对分布式配电网线路保护进行改进时，不论分布式电源安装在整条线路的任何位置，都需要在分布式电源的前半段安装继电保护器，使线路保护装置存在电流方向性的判断。因为分布式电源的下半段为单电源结构，所以它的电流经过方式必然是单方向的，不需要加装继电保护器。同时也要保证下半段线路保护装置与上半段保护装置通信的及时，避免上级线路保护装置出现错误保护。

5 结束语

通过对分布式发电分类和优点以及我国配电网现有的线路保护装置进行阐述，分析分布式发电对配电网线路一次重合闸的影响，以及分布式电源对配电网三段保护电流造成的影响，简单阐述配电网线路保护的改进措施，希望可以有效解决分布式发电给配电网线路保护造成的影响，推广分布式发电的应用。

参考文献

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作者简介：刘芳（1979-），女，汉族，河北南宫人，工程师，从事电网工程设计工作。