含分布式电源的闭环配电网保护方案研究

含分布式电源的闭环配电网保护方案研究

张子钊

（内蒙古电力（集团）有限责任公司薛家湾供电局内蒙古鄂尔多斯市010300）

摘要：分布式电源接入电网后，会导致整个电网短路电流及潮流分布变化，从保证系统供电安全角度，可以采用闭环运行。不过，伴随着系统短路电流增大，对于配电保护方案提出了更高要求。本文从相关研究成果出发，提出了一种改进型纵联过流保护方案，这种方案结构简单，投资较少，同时能够实现对故障的快速可靠切除。

关键词：分布式电源；闭环；配电网保护方案

前言：可持续发展背景下，火电引发的环境问题备受关注，光伏发电、水利发电、风力发电等分布式电源（DG）得到了普及，开始呈规模化接入配电网中。但是在这种情况下，会导致配电网不再是单向潮流，既有保护方案无法适应其发展变化，必然会给配网稳定安全运行带来负面影响。对此，需要做好闭环配电网保护方案的更新。

1闭环运行系统概述

含分布式电源配电网整体结构如图1所示。当开关S打开，系统为开环运行，当开关S闭合，系统为闭环运行。

图1含分布式电源配电网

开环运行工况下，配网一旦发生短路故障，故障馈线下游DG会直接切除，从而影响其利用效率，导致频繁投切。这里假定馈线2出现故障，开环运行时DG被切除，若其本身容量较小，虽然利用效率会受到影响，不过并不会引发严重后果，但是若DG容量较大，就需要讨论其频繁投切可能对配电网产生的负面影响。与之相比，闭环运行状态，及时馈线2出现短路故障，DG也可以继续向馈线1负荷供电，有效减少了孤岛运行情况，促进了DG利用效率提高，也保证了供电连续可靠。不仅如此，在非故障馈线电源支持下，即使闭环运行系统发生故障，DG也很少出现电压暂降问题，能够有效减少故障对DG的危害性[1]。

最近几年，伴随着分布式电源渗透率提高，闭环系统优势越发凸显，不过其本身也存在一些问题，如导致故障短路电流增大、减少故障与DG电气距离等。在这种情况下，闭环运行系统必须具备更加完善、更加可靠的保护方案，才能切实满足含分布式电源配电网稳定可靠运行的需求。

2闭环配电网保护方案

2.1传统闭环保护方案

传统闭环配电网保护方案有几种，一是解列式保护，可以从开环升级，成本较低，结构也简单，可以将解列点设置在负荷中点，替换联络开环为附带过流检测的继电器与断路器；二是方向定时限过流保护，考虑含DG闭环配电网潮流具有双向性特点，可以在原本过流保护基础上，设置方向继电器，以方向过流保护替代三段式保护，并且在馈线两端设置断路器及方向继电器，实现对线路两端对故障进行切除，保护非故障线路，减少故障影响范围。不过，当靠近电源母线侧线路故障，在远离母线侧，保护检测很容易失效，导致故障切除时间过长，继而影响保护效果[2]；三是纵联快速电流保护，在以方向过流保护替代三段式保护的同时，与馈线两侧设置方向过流继电器及断路器，增加纵联通信设备，通过过流保护与纵联通信相互配合来实现对故障电流的切除，这也是纵联快速电流保护的基本原理。在这种保护方案中，每一个过流保护继电器都会根据检测到的状态信息，判断是否需要向上游发送闭锁信号，而当其检测到故障过电流，则会发送允许跳闸信号，信号带有时间延迟，在同时满足本地允许跳闸信号及下游闭锁信号时，会实现跳闸。针对位于馈线两侧的保护继电器，只需要满足任意信号，就可以在经过一定延迟后跳闸。不仅如此，本地保护经过流保护动作延时后，也会发出跳闸信号作为后备保护。与前两种保护方案相比，这种保护方式引入了纵联通信，可以在经过一定延迟后实现故障可靠切除，从而保证配网稳定运行，不过这种方案的投资较大，同样无法对远离电源母线侧保护对故障过电流检测效果做出保障[3]。

2.2改进方案

不过，传统配电网仅仅是在系统侧加装断路器，在原本开环配电网升级到闭环配电网时，如果每一段线路两侧都设置断路器以及保护装置，投资会非常巨大。对此，本文提出了一种改进型纵联过流保护方案，其基本配置如图2所示。

图2改进型纵联过流保护

过流保护能够实现线路全长保护，越靠近电源端，短路电流越大，过流保护动作切除故障的时间也越长，这是传统过流保护最大缺陷。纵联保护配合过流保护，可以实现故障瞬间切除。在图中，除B2断路器外，其他断路器及开关都是新设置，S联络开关在闭环运行时保持关闭，如果检修工况及其他情况要求开环运行，则保护同样适用。

改进型纵联保护方案的基本原理为：每段馈线靠近电源出口位置设置断路器，对含分布式电源母线，在两端同时装设断路器，换言之就是在原本的基础上增加一个断路器，这样能够有效节约成本。对于配网原本断路器，跳闸信号由两个信号决定，满足任意一个就会跳闸。第一个信号，当地保护检测到过电流，允许跳闸并且下游断路器没有发出闭锁信号，此时会发出带有一定时间延迟的允许跳闸信号；第二个信号，上游保护允许跳闸信号传送到下游保护，启动跳闸信号。对含分布式电源母线侧加装断路器，在接收到线路对端断路器发出的允许跳闸信号，以及本身过流信号后，会自动启动跳闸；对环上断路器，考虑过流保护会对相邻线路形成保护，则需要在确保环上两保护同时检测到过电流时，才会跳闸。配电网原本定时限过流保护可以作为后备保护，当检测到过流信号后，可以发出带有一定时间延迟的允许跳闸信号[4]。

结合保护动作逻辑分析，当故障发生在F1位置，保护装置D没有检测到过电流，因此也不会向上游保护装置C发送闭锁信号。而保护装置C可以检测到过电流，加上没有收到保护装置D的闭锁信号，会发送附带有时间延迟的跳闸信号，并将之传递给保护装置D，确保断路器断开，实现故障切除。若保护装置C跳闸保护失败，保护B1的定时限过流保护在经过一定时间延迟后，会作为后备保护开启。当故障发生在F2位置，保护装置B1检测到过电流，没有收到保护装置C发送的闭锁信号，会在经过一定时间延迟后自动跳闸；保护装置B2在检测到过电流，同时接收保护C发送的允许跳闸信号，会断开断路器来对故障进行切除。

这种保护方案能够如同纵联快速电流保护一样，实现故障快速切除，而且能够有效减少断路器投资成本。单侧断路器的使用能够有效克服传统保护方案中故障靠近电源母线侧，保护距离母线侧较远无法有效检测过电流，从而难以实现故障快速切除的情况。不过，这种方案虽然能够有效节约成本，与线路两端故障切除保护相比，需要与相邻线路断路器联跳，才能实现对故障的完全切除，会在一定程度上扩大停电范围[5]。

3结语

总而言之，含有分布式电源配电网在采用闭环运行模式时，能够有效保证分布式电源稳定可靠，提升配网持续供电能力。闭环运行可以保证配网线路故障发生时，同时从故障线路两端实现故障切除，不过从实际情况出发，一般只会在系统侧设置断路器，因为这样能够节约成本。本文在传统闭环保护方案的基础上，提出了一种改进型纵联过流保护方案，可以在设置单断路器时实现故障快速切除，从而有效提升配网运行安全性。

参考文献：

[1]尚瑨.含分布式电源的配电网保护与优化运行研究[D].上海交通大学，2015.

[2]王鲍雅琼，陈皓.含分布式电源的配电网保护改进方案综述[J].电力系统保护与控制，2017，（12）：146-154.

[3]赵庆周.含分布式电源的配电网新型保护方案研究[D].湖南大学，2016.

[4]陈争光，李岩军，董明会，等.分布式电源系统继电保护装置检测技术的研究[J].电网技术，2015，39（4）：1115-1120.

[5]闫炜阳.含分布式电源的配电网保护配置与整定研究[D].华北电力大学，2015.