國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司 阮浩潔 錢(qián) 程 林一馳

現(xiàn)階段大多采用傳統(tǒng)發(fā)電模式來(lái)提供電力系統(tǒng)的電源，雖能夠維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但會(huì)消耗大量的能源，對(duì)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(lái)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(diǎn)，在電網(wǎng)運(yùn)行中具有提高供電可行性、調(diào)峰等優(yōu)點(diǎn)。但其也有不少弊端：原有的電流保護(hù)方法已無(wú)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(shí)，會(huì)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(shí)，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(dú)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(diǎn)，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(méi)有明確的國(guó)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(gè)關(guān)鍵指標(biāo)：容量小。發(fā)電單元體積不大，即插即用，性價(jià)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(huì)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(duì)過(guò)電壓、閃邊等會(huì)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(huì)越來(lái)越廣泛。

1.2 分布式電源的運(yùn)行方式

并網(wǎng)運(yùn)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(guò)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(yùn)行的主要優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)約并網(wǎng)成本；獨(dú)立運(yùn)行。是指配電網(wǎng)系統(tǒng)和分布式電源相互獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾。采用獨(dú)立運(yùn)行的主要原因是系統(tǒng)不穩(wěn)定會(huì)帶來(lái)故障，從而引起孤島運(yùn)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(duì)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(shí)也會(huì)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(duì)保護(hù)結(jié)構(gòu)誤操作帶來(lái)的影響。

2.1 研究對(duì)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(guò)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(huì)呈現(xiàn)雙向潮流特性，對(duì)繼電保護(hù)的可靠性和靈敏性將會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

2.2 分布式電源接入對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響分析

2.2.1 接入無(wú)饋線自動(dòng)化配網(wǎng)的保護(hù)影響分析

無(wú)饋線自動(dòng)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(jiàn)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(duì)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(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化，保護(hù)范圍相對(duì)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(duì)于電流保護(hù)來(lái)說(shuō)，距離保護(hù)擺脫了對(duì)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(shí)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(wèn)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(dòng)化配網(wǎng)的保護(hù)影響分析

饋線的自動(dòng)化是指配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)自動(dòng)定位故障發(fā)生的位置，隔離故障點(diǎn)和非故障點(diǎn)，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(jiàn)的饋線自動(dòng)化一般采用本地自動(dòng)化和遠(yuǎn)方自動(dòng)化兩種模式，實(shí)際運(yùn)用中采用本地自動(dòng)化模式較為廣泛，該模式主要運(yùn)用重合器、分段其和重合分段器三類(lèi)電氣設(shè)備。

重合器。主要用于檢測(cè)電流故障，按照故障實(shí)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(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)保護(hù)。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，重合器瞬間檢測(cè)到故障自動(dòng)斷開(kāi)，避免過(guò)電故障。如果是瞬間故障，重合器斷開(kāi)后將會(huì)自動(dòng)重合，設(shè)備復(fù)位；如果是永久故障，重合器閉合后又會(huì)自動(dòng)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(huì)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(dú)的分段器能夠斷開(kāi)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(guò)設(shè)定次數(shù)時(shí)，無(wú)論電路是否有故障分段器都將會(huì)自動(dòng)分閘閉鎖。

重合分段器。在沒(méi)有超過(guò)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(kāi)短路電流。圖2為重合分段器的示意圖，圖中有2個(gè)分段器S1、S2，1個(gè)重合器R。當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，重合器R快速跳閘，分段器S1、S2計(jì)數(shù)1；重合器R閉合，分段器S1、S2計(jì)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(dòng)分閘并閉鎖，故障隔離。

圖2 分段器與重合器配合實(shí)現(xiàn)饋線自動(dòng)化

2.2.3 接入FTU模式饋線自動(dòng)化配網(wǎng)的保護(hù)影響分析

FTU模式饋線自動(dòng)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(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)故障的遙控和故障檢測(cè)，能夠準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，并隔離故障點(diǎn)和非故障點(diǎn)。常見(jiàn)的饋線自動(dòng)化分為集中處理模式和饋線差動(dòng)模式[3]。本文著重介紹接入分布式電源對(duì)集中處理模式饋線自動(dòng)化配網(wǎng)的影響。

集中處理模式是通過(guò)主站通信實(shí)現(xiàn)設(shè)備參數(shù)和運(yùn)行情況的上傳下達(dá)，運(yùn)用拓?fù)鋱D實(shí)現(xiàn)故障定位、實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)和非故障點(diǎn)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(lái)實(shí)現(xiàn)，將開(kāi)環(huán)點(diǎn)設(shè)置在S8，環(huán)柜網(wǎng)上均加裝FTU并通過(guò)遠(yuǎn)程通信與主機(jī)后臺(tái)連接。當(dāng)F點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，QF1會(huì)快速跳閘，F(xiàn)TU1、FTU2會(huì)檢測(cè)到故障發(fā)生點(diǎn)，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(dòng)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(dòng)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(duì)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(shí)，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(shí)，QF1、S1流過(guò)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(shí)，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(méi)有方向元件，因而主站也無(wú)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(shí)，QF1、S1、S2流過(guò)短路電流，S3流過(guò)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(huì)判定故障點(diǎn)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(shí)，系統(tǒng)主站也會(huì)判定故障電在S3、S4之間。

分布式電源1、2同時(shí)接入：當(dāng)S2、S3之間線路故障時(shí)，重合分段器會(huì)自動(dòng)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(diǎn)在S3、S4之間，造成了故障誤判，影響了電網(wǎng)運(yùn)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(shí)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(shí)，分布式電源立即退出運(yùn)行，這樣故障識(shí)別、處理以及配電網(wǎng)的保護(hù)等將不會(huì)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(wú)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(yùn)用傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)不會(huì)產(chǎn)生短路電流超限、故障電流越限、非同期重合等情況。

運(yùn)用先進(jìn)的配電網(wǎng)保護(hù)方法。運(yùn)用更為完善的配電網(wǎng)保護(hù)方法來(lái)應(yīng)對(duì)分布式電源接入帶來(lái)的影響。隨著分布式電源接入的實(shí)踐應(yīng)用越來(lái)越多，采用傳統(tǒng)的配電保護(hù)也可能帶來(lái)一定的安全隱患。引入通信技術(shù)、差動(dòng)技術(shù)、方向元件等方式來(lái)實(shí)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。