不同分布式電源位置對電流保護的影響分析

李軒

摘 要：分布式電源作為新一代的發(fā)電方式越來越受到人們的重視，并不斷地發(fā)展成熟。分布式電源除了具有環(huán)保節(jié)能，經(jīng)濟靈活的優(yōu)勢外，其接入也會對配電網(wǎng)的運行方式、電壓分布、繼電保護、穩(wěn)定性以及安全性等一系列問題產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；分布式電源；繼電保護；系統(tǒng)潮流；光伏電池；輸出功率

分布式發(fā)電（DG-distributed generation）是一種新興的電力電源技術(shù)。分布式電源是指直接布置在配網(wǎng)或分布在負荷附近的功率為數(shù)千瓦至50 MW小型模塊式的、與環(huán)境兼容的獨立電源。DG包括功率較小的內(nèi)燃機、微型燃氣輪機、燃料電池、光伏電池和風力發(fā)電等。分布式電源具有調(diào)峰、再生能源的利用、節(jié)省輸變電投資、降低網(wǎng)損、提高供電可靠性等效益。因此在我國城鎮(zhèn)中、低壓配電網(wǎng)中獲得了飛速的發(fā)展和越來越多的應(yīng)用。而目前我國的中、低壓配電網(wǎng)主要是單側(cè)電源、輻射型供電網(wǎng)絡(luò)，分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)后，輻射式的網(wǎng)絡(luò)將變?yōu)橐环N遍布電源和用戶互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，潮流也不再單向地從變電站母線流向各負荷。配電網(wǎng)的根本性變化使得電網(wǎng)中電流保護定值和機理發(fā)生了深刻變化。為了提高配電網(wǎng)的供電可靠性和供電質(zhì)量，本文通過公式推導、圖形對比，分析DG在不同位置對各電流保護及其動作行為的影響。

一、分布式發(fā)電的概念

美國1978年在公共事業(yè)管理政策中稱“為滿足特定用戶需要或支持現(xiàn)有配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，以分散形式布置在用戶附近，發(fā)電功率為幾千瓦到五十兆瓦的小型模塊式且環(huán)境兼容的獨立電源”為分布式發(fā)電。這是分布式發(fā)電的一般定義。從廣義上講，分布式發(fā)電也可以指安裝在用戶附近的發(fā)電設(shè)施而不論這種發(fā)電形式規(guī)模的大小和一次能源的類型。曾經(jīng)在不同的國家對分布式發(fā)電有過不同的叫法，例如，在英國，習慣叫“嵌入式發(fā)電”；在歐洲和亞洲部分國家習慣叫做“非集中式發(fā)電”；在北美習慣叫做“分散式發(fā)電”。

二、配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護原理

電力系統(tǒng)繼電保護的基本原理就是找出正常運行與故障時系統(tǒng)中電氣量或非電氣量的變化特征（差別），用一種原理來識別這些變化特征，且差別越明顯，保護性能越好。我國目前的配電網(wǎng)系統(tǒng)大多數(shù)是單側(cè)電源、輻射型配電網(wǎng)絡(luò)，一般配置有傳統(tǒng)的三段式電流保護，即：瞬時電流速斷保護（電流I段）、限時電流速斷保護（電流II段）和定時限過電流保護（電流III段），這三段保護相互配合，構(gòu)成了主保護與后備保護，能夠反映線路各種故障。配電網(wǎng)存在中性點直接接地時，應(yīng)裝設(shè)零序電流保護作為接地保護；其中性的采用非直接接地時，一般裝設(shè)動作于信號的單相接地保護；對于其單側(cè)電源的終端線路，一般采用反時限過電流保護，一般情況下，配電線路對配電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性的影響不大，允許限時切除故障，所以配電線一般采用簡單的電流保護或者距離保護為主保護；對于非終端線路，饋線保護一般采用三段式電流保護與其他保護相配合；對非全電纜線路，還相應(yīng)配置了三相一次自動重合閘裝置，保證在饋線發(fā)生瞬時性故障時，快速恢復供電，提高系統(tǒng)供電的可靠性，然而，由于電纜線路的故障大多數(shù)是永久性故障，所以自動重合閘裝置對電纜線路不適應(yīng)。

三、分布式電源并網(wǎng)位置對配電網(wǎng)絡(luò)電流保護的影響研究

分布式電源接入配電網(wǎng)絡(luò)后，使傳統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)從單電源輻射網(wǎng)絡(luò)變成了一個多電源網(wǎng)絡(luò)，從而改變了傳統(tǒng)配電網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當分布式電源接入后，其系統(tǒng)的潮流大小、流向和分布都將發(fā)生改變，傳統(tǒng)配網(wǎng)中的繼電保護和自動重合閘有可能要做出相應(yīng)的調(diào)整，否則分布式電源會使配網(wǎng)系統(tǒng)無法快速地、準確地切除故障，進而影響電網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

分布式電源接入配網(wǎng)系統(tǒng)后對其原有保護產(chǎn)生影響的一個關(guān)鍵因素是分布式電源并網(wǎng)的位置不同。本節(jié)著重分析不同位置引入分布式電源后對其過流保護的影響。下面現(xiàn)假設(shè)故障點位置固定，分布式電源接入位置變動時研究分析DG接入位置對流過保護電流的規(guī)律，通過建立系統(tǒng)發(fā)生三相故障的等值電路模型，分析計算分布式電源對電流保護的影響。提出基于對保護影響最小情況下的最佳并網(wǎng)次序方案，為保護定值整定和分布式電源接入配網(wǎng)的設(shè)計規(guī)劃提供一定的理論支撐。

在對配網(wǎng)分布式電源接入位置問題對配電網(wǎng)繼電保護的影響分析是基于系統(tǒng)故障時，短路電流不引起保護誤動和拒動的前提下，確保保護的選擇性和可靠性的基礎(chǔ)上進行的。通過對分布式電源接入后的系統(tǒng)的等效，根據(jù)電流保護的原理，忽略經(jīng)濟因素和地理因素等，進行定量的理論推導和分析計算，基于分布式電源接入配電網(wǎng)后其繼電保護能可靠動作，確定配網(wǎng)系統(tǒng)接入單個后多個分布式電源容量范圍。通過研究分布式電源并網(wǎng)位置對保護的影響規(guī)律，提出了對保護影響最小的并網(wǎng)次序方案，為配電網(wǎng)絡(luò)繼電保護和為其引入分布式電源提供理論指導和參考方案。

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