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摘要:近年来,随着智能电网技术的快速发展,分布式电源由于具有形式灵活、清洁、高效、可持续等优点,获得了日益广泛的应用。目前,分布式电源主要接入在配电网中,其接入不仅提高了配电网供电系统的稳定性和可靠性,也使配电网结构由原来的辐射性网络变为分布的点状电源直接和用户相连的网络。若在电网中大规模接入分布式电源,必然会对原有的配电网产生影响,本文就分布式电源对配电网继电保护产生的影响进行分析与研究,并提出相应的解决措施。
关键词:分布式电源;配电网;继电保护;影响研究
分布式发电系统通常指分散在电力负荷附近、容量在几千瓦至数十兆瓦之间的、为环境兼容的、节能的发电装置,如燃气轮机、太阳能电池、燃料电池、风能发电装置等。分布式电源在我国呈现出快速发展的趋势,相比传统的大功率发电机组,其具有环境影响小、可再生等优势,对现在的配电网是一个有益的补充。但是分布式电源接入配电网以后,会直接改变配电网原有的结构和接线方式,使单电源供电变为多电源供电,供电系统改变得更为复杂。一旦发生故障,多电源同时发生短路电流,扰乱原有的继电保护配置方式,对继电保护产生不利的影响。
1.分布式电源简介
分布式电源(DistributedGeneration)简称DG,是指功率为数千瓦到50MW之间的,不直接和输电系统相连的独立电源系统。分布式电源电压等级在35kV及以下,呈小型模块化,主要包括太阳能发电、风能发电等可再生能源发电设备,以及电磁储能、电化学储能、飞轮储能等储能设备。
分布式能源接入电力系统后,具有调峰、可持续利用、降低电网投资、提升供电可靠性等优点,通常以35kV及以下的电压等级接入配电网运行。
2.配电网结构与保护配置
现阶段国内很多中低压配电网基本上属于单侧电源、辐射型配电网络。馈线保护装置通常来说都位于变电站中接近母线的断路器处,通常采取三段过电流保护的措施,即电流速断保护作为第一段、限时电流速断保护作为二段。过电流保护作为第三段。其中电流速断保护一般是躲过本线路末端短路时流过保护的最大短路电流整定,及时进行故障切除,但是无法对整个线路进行保护;限时电流速断通常来说是当线路末端位置产生故障之后,以其较高的灵敏度和相邻线路瞬时电流保护共同进行整定,可以对整个线路进行保护;而过电流保护一般按照经过线路的最大负荷电流同时和相邻线路过电流保护配合的原则进行整定,可以有效保护本线路与相邻线路的全长。另外,对部分不需要相邻线路配合的终端线路而言,电流速断保护一般是根据本线路末端短路有足够灵敏度的原则进行整定,可以有效保护线路全长。
3.分布式电源对继电保护的影响
3.1对短路电流的影响
DG接入配电网,会使配电网原来的供电结构发生变化,DG将通过线路向负荷输送一定容量的功率。当配电网中发生故障时,系统电源和DG可能会同时向故障点提供短路电流,进而影响配电网短路电流的大小,甚至改变配电网短路电流的方向。
DG接入配电网后对配电网短路电流所产生的影响主要包括增加短路电流、减小短路电流和提供反向短路电流等,其产生的影响又因为DG接入位置的不同而有所区别。
3.2对继电保护配置的影响
分布式电源接入对配电网的影响集中体现在网架结构的改变、潮流流向的变化、故障电流的变化三个方面,影响的大小根据电源的位置和容量而异。分布式电源接入给继电保护带来的影响主要包括灵敏度改变、选择性改变和重合闸不成功三个方面。
图1含有分布式电源的配电网系统图
如图1所示,为含有分布式电源的配电网系统图,其中,Es为系统主电源,Zs为Es的等效阻抗,L1为配电网的一条出线,ZL为L1的线路全长阻抗,DG为接入配电网的分布式电源,通过一个双圈接入L1线路,ZDG为其等效阻抗。
3.3孤岛和反孤岛保护
如果系统出现故障的位置处于分布式电源的上游,就会出现虽然保护动作隔离故障点和主电源,但此时分布式电源仍在供电,使得系统中出现孤岛运行,而系统是不允许出现孤岛运行的,因此必须对此种情况采取保护策略和措施,即所谓的孤岛保护。反孤岛保护是为了避免孤岛运行而导致的人身和设备出现安全问题。
3.4重合闸不成功
对于配电网而言,传统的放射性网络单侧电源供电时,故障被切除后,三相一次重合闸可以有效重合,不会对系统产生太大的冲击,保障了系统的可靠性。而分布式电源接入后,多电源网络使重合闸的难度变大,可能重合不成功。
①DG孤岛运行。有分布式电源接入的系统,当线路发生故障时,保护动作切除故障后,只将故障点与系统主电源隔离,而分布式电源仍然能通过线路供电,并未与配电网脱离。所以,此时将形成由分布式电源单独供电的电力孤岛,DG的孤岛运行将给重合闸增加难度。
②非同期合闸。出现DG孤岛运行后,由于系统主电源的脱离,分布式电源可能加速或减速,系统功率发生变化,分布式电源孤岛运行时,与主电网可能出现一个相角差,与主电网失去同步,导致故障后系统三相一次重合闸时,两侧系统不同步,不满足重合闸条件,进行非同期合闸,给系统带来很大的冲击,电流的波动还可能引起保护再次动作跳闸,导致重合闸不成功。
③故障点拉弧。如上文所述,有分布式电源接入的系统在故障时,保护动作只将故障点与系统主电源隔离,而分布式电源仍然能通过线路提供故障电流,导致故障点拉弧,长期不熄灭可能导致故障扩大,从瞬时性故障发展为永久性故障,导致系统重合到永久性故障而再次跳开。
4.分布式电源接入配电网中可采取的改进措施
4.1加装方向性元件
以分布式电源为界,在分布式电源上游两侧加装方向性元件,在保护的对侧加装断路器。当一段线路两端的功率注入方向为一正一负时,则可以判定为本区域内故障。对于分布式电源的下游线路,可以将分布式电源当作助增电源,重新进行整定保留原有的三段式电流保护。这样就能够有效避免其它保护器的误启动,使分布式电源供电与主电源的供电保持一致。
4.2加装故障限流器
故障限流器用来削弱分布式电源对继电保护的影响,随着电力电子技术的发展,新型的电力电子型限流器可以实现在系统正常运行时表现为无电抗,在发生故障时,成为阻抗器来进行限流,有效防止继电保护的误动作。
4.3配置其他保护措施
由于原配电网中继电保护性能会由于分布式电源的接入而发生改变,甚至出现更多难以预料的故障,因此,还要在电网中配置其他保护装置,一方面尽量减少分布式电源对继电保护的影响,另一方面通过配置其他保护措施,提高继电保护的稳定性和可靠性,如可在配电网中加载众联保护等。
结语:
随着国家对分布式电源发展的支持,在今后一段时间之内配电网中的分布式电源将越来越多,对配电网继电保护的影响也将越来越突出,电力科研人员应该加大此方面的技术研究,减少分布式电源对配电网继电保护的损害,通过改善配电网结构适应分布式电源的发展需要。
参考文献:
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