主動配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響因素分析與研究

摘 要：主動配電網(wǎng)的保護(hù)問題需要引起充分重視，其內(nèi)部存在許多分布式電源及其運(yùn)行方式的多樣性可能引起保護(hù)裝置拒動、誤動以及重合閘失敗等問題。文章圍繞主動配電網(wǎng)保護(hù)影響因素進(jìn)行分析，包括分布式電源和儲能設(shè)備、故障時(shí)分布式電源的隔離策略、不同的控制和運(yùn)行模式等。

關(guān)鍵詞：主動配電網(wǎng)；分布式電源；繼電保護(hù)；影響因素

1 概述

隨著新能源開發(fā)利用力度的不斷加強(qiáng)，分布式發(fā)電技術(shù)也得到快速發(fā)展。由于傳統(tǒng)被動式配電網(wǎng)對分布式電源的吸納能力有限，為了進(jìn)一步提高電力裝備的利用率以及配電網(wǎng)對新能源的滲透率，因而主動配電網(wǎng)技術(shù)逐漸成為在可預(yù)測未來的發(fā)展方向。同時(shí)，主動配電網(wǎng)也隨著智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展，并是其發(fā)展到高級階段的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相比，主動配電網(wǎng)可配置較高比例的可控分布式電源，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬`活，并建有集量測、控制與保護(hù)系統(tǒng)一體化的具有協(xié)調(diào)優(yōu)化管理功能的管控中心。

2 主動配電網(wǎng)繼電保護(hù)的要求

主動配電網(wǎng)已逐漸成為第三代電網(wǎng)，由于其內(nèi)部雙向潮流問題和主動管理模式，其繼電保護(hù)與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比有著明顯的區(qū)別，主要為表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：（1）主動配電網(wǎng)在運(yùn)行過程中，其內(nèi)部分布式電源通常以并網(wǎng)和孤島方式運(yùn)行，兩種不同的運(yùn)行模式其采用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟膊幌嗤?，從而其短路電流方向和大小也有區(qū)別，并且差異明顯；（2）主動配電網(wǎng)在管理和控制上的主動性以及需求側(cè)響應(yīng)等特點(diǎn)使其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大，錯(cuò)綜復(fù)雜，同時(shí)分布式電源接入點(diǎn)比較分散，電力用戶的用電模式多樣，然而與配電系統(tǒng)的互動性增強(qiáng)；（3）由于大量的分布式電源接入配電網(wǎng)，配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也通常由輻射狀單端型供電網(wǎng)絡(luò)逐漸變成變成多端供電網(wǎng)絡(luò)，因而傳統(tǒng)的無方向的三段式電流保護(hù)不再適用于主動配電網(wǎng)；（4）在發(fā)生故障后，分布式電源和儲能設(shè)備與主動配電網(wǎng)之間的不同隔離策略直接影響其繼電保護(hù)裝置。在主動配電網(wǎng)與分布式電源隔離策略以及配電網(wǎng)運(yùn)行方式不同時(shí)，滿足保護(hù)無論是在分布式電源并網(wǎng)運(yùn)行模式還是在孤島運(yùn)行模式，無論負(fù)荷側(cè)的需求如何響應(yīng)，都應(yīng)具有對故障高度適應(yīng)性的識別處理能力、對其故障的快速檢測能力，并能有效保證繼電保護(hù)裝置具有靈敏性、選擇性和可靠性等要求，也是對主動配電網(wǎng)繼電保護(hù)的基本要求。

3 分布式電源和儲能設(shè)備對繼電保護(hù)的影響

由于分布式電源和儲能設(shè)備的接入配電網(wǎng)，其初始的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將發(fā)生相應(yīng)變化，同時(shí)分布式電源出力的波動性和隨機(jī)性，將會引起故障電流的方向和幅值發(fā)生改變，然后導(dǎo)致保護(hù)誤動作、拒動作、故障水平變化與非同期重合閘。中壓配電網(wǎng)的傳統(tǒng)故障處理方法一般并沒有考慮分布式電源與儲能設(shè)備接入，譬如配電網(wǎng)故障段自動隔離、自動重合閘以及潮流轉(zhuǎn)移等基本操作，但是接入分布式電源將會影響這些操作的安全性和可靠性。由于分布式電源的接入，饋線發(fā)生故障后，若自動重合閘裝置不能實(shí)現(xiàn)同期合閘將會破壞分布式電源，從而引起整個(gè)電力系統(tǒng)的震蕩。此外，在配電網(wǎng)潮流發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，其內(nèi)部接入的各種分布式電源可能引起饋線的短路電流超過限值。在配電網(wǎng)瞬時(shí)故障后，若分布式電源并能實(shí)現(xiàn)及時(shí)斷開，則重合閘操作將會引起大電流或者導(dǎo)致逆變器出現(xiàn)跳閘。

4 隔離策略對主動配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

分布式電源與主電網(wǎng)之間的隔離策略，即主動配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，分布式電源與配電網(wǎng)之間的連接點(diǎn)保護(hù)動作最優(yōu)化策略。根據(jù)主動配電網(wǎng)中故障位置的不同，可將并網(wǎng)點(diǎn)保護(hù)分為三類，即分布式電源側(cè)的保護(hù)、系統(tǒng)側(cè)的保護(hù)和反孤島保護(hù)。根據(jù)被動式控制技術(shù)，配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)分布式電源應(yīng)退出運(yùn)行，從而驅(qū)除分布式電源和儲能設(shè)備對保護(hù)產(chǎn)生的影響；當(dāng)配電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障時(shí)，若分布式電源并網(wǎng)點(diǎn)處不動作，則在主動配電網(wǎng)中其分布式電源將以故障穿越模式運(yùn)行，然而原有保護(hù)裝置并不具備方向識別能力，從而可能引起故障長時(shí)間存在，最終導(dǎo)致更為嚴(yán)重故障。當(dāng)配電網(wǎng)中某位置發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體情況，可允許分布式電源維持對非故障區(qū)域內(nèi)重要負(fù)荷保持連續(xù)供電?？梢姡诒Ｗo(hù)整定前，需全面考慮隔離策略對保護(hù)引起的影響。

5 不同控制模式對主動配電網(wǎng)保護(hù)的影響

分布式電源、負(fù)荷、儲能設(shè)備以及其他電器設(shè)備的配合使用與協(xié)調(diào)控制，可有效提高主動配電網(wǎng)供電的可靠性，并能顯著增強(qiáng)配電網(wǎng)對新能源的吸納能力。因而主動配電網(wǎng)一般采用三種控制模式，如集中式、分散式和混合分層式。當(dāng)其處于集中式控制模式下，各測量點(diǎn)將所測電氣量實(shí)時(shí)發(fā)送至配電網(wǎng)中央控制器，然后由中央控制器向各個(gè)配電區(qū)域內(nèi)的電源、負(fù)荷、儲能以及其他中間設(shè)備分別傳遞控制指令，從而維持主動配電網(wǎng)正常運(yùn)行，顯然該控制模式的可靠性相對較差。分散式控制模式對配網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力較強(qiáng)，配電網(wǎng)中的各種設(shè)備其規(guī)模幾乎不受限制，本地控制器根據(jù)本地?cái)?shù)據(jù)信息，然后再與相鄰設(shè)備傳遞過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，最后發(fā)出控制指令?；旌戏謱邮?，其是最有應(yīng)用前景的主動配電網(wǎng)管理模式，該模式采納多層次管理結(jié)構(gòu)，并幾乎全部具有集中式和分散式的共同優(yōu)點(diǎn)。其中處于控制結(jié)構(gòu)最高層的為能量優(yōu)化管理層，其中間層根據(jù)上層傳遞命令，計(jì)算得最優(yōu)運(yùn)行參數(shù)然后傳遞至底層控制器，最終實(shí)現(xiàn)對主動配電網(wǎng)的有效管理和控制。

6 不同運(yùn)行模式對主動配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響

主動配電網(wǎng)可采用分布式電源聯(lián)網(wǎng)和孤島運(yùn)行兩種模式，而其孤島又可進(jìn)一步劃分為計(jì)劃孤島和非計(jì)劃孤島兩種模式。當(dāng)配電網(wǎng)以孤島模式運(yùn)行時(shí)，若其內(nèi)部出現(xiàn)短路故障，其分布式電源的逆變器保護(hù)將會立即動作，并且逆變器本身采用的限流措施也限制分布式電源產(chǎn)生的短路電流。以并網(wǎng)模式運(yùn)行時(shí)，分布式電源和主電網(wǎng)均向故障點(diǎn)提供短路電流，因此其故障特性與傳統(tǒng)的配電網(wǎng)相似。然而以孤島模式運(yùn)行時(shí)，由于控制方式的不同，逆變器也會出現(xiàn)限流效用，從而使其不能顯著增加故障電流。針對這種現(xiàn)象，由于電流的變化而引起動作的過電流保護(hù)，使得繼電保護(hù)很難準(zhǔn)確可靠動作。

7 結(jié)束語

本文基于保證主動配電網(wǎng)系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性，首先闡述了對主動配電網(wǎng)繼電保護(hù)的基本要求，然后重點(diǎn)介紹主動配電網(wǎng)其繼電保護(hù)的影響因素，主要分別包括分布式電源和儲能設(shè)備、故障時(shí)分布式電源的隔離策略、不同的控制和運(yùn)行模式等因素對主動配電網(wǎng)保護(hù)的影響。

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作者簡介：王少峰（1984-），男，江西省上饒人，工程師，畢業(yè)于上海電力學(xué)院電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，現(xiàn)研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。