分布式发电保护策略分析

吕晓羽张长盛

（1国网天津电力城东供电分公司3000002国网天津电力检修分公司300000）

摘要：本文从宏观角度分析了分布式发电保护的策略。分析了分布式发电的保护研究对象

与研究方法，总结了目前有关分布式发电保护的成果，归纳并比较分析了分布式发电保护策略。对交流微网的保护，从是否依赖于通信的角度进行分析，提出了构造微网开关站的思路。给出了交流微网规模大小的建议，并阐述了交流微网保护的要点。最后从电网结构出发，给出了关于分布式电源与微网接入策略的建议。

关键词：继电保护；分布式发电；依赖通信

一、前言

分布式发电位置灵活分散的特点很好地适应了分散电力需求和资源分布，延缓了输配电网升级换代所需的巨大投资。分布式电源接入配电网对配电网的保护产生根本性影响，传统配电网的辐射供电、单向潮流将变为双向潮流，传统的遵循时序配合的段式保护将不再有效，因此产生了分布式发电保护的研究方向。

二、分布式电源保护策略

目前国内外学者对分布式电源保护的研究方向有：在分布式电源接入的情况下使传统配电网保护受到的影响最小；不考虑对传统配电网的影响而找到较完善的保护方法来应对分布式电源的接入。概括而言，主要有4种方法：①配电网故障时，分布式电源立即退出，传统配电网的保护不受任何影响；②限制分布式电源的容量与接入位置，配电网不做任何调整；③引入故障电流限制手段如故障限流器等，使故障时分布式电源的影响降低，配电网不做任何调整；④对于网络化数字保护，保护依赖于通信，配电网需做调整。从工程角度看，故障发生时分布式电源迅速离网技术实现简单方便，可靠性高。因此，目前一些标准如IEEE1547要求并网分布式电源在发生故障以及自动重合闸前要离网。但是在实际运行中，分布式电源有可能没有及时退出，同时有些情形下故障被切除后，分布式电源仍可并网供电，因此需考虑分布式电源仍并网运行的情形下保护设备的配合行为。此情形下，限制分布式电源的容量与接入位置，引入故障电流限制手段等将是有效的方法。该方式下，原有保护设备如何整定需视具体要求而定，但最终目标还是尽量缩小被隔离故障区域。

三、交流分布式电源保护

交流微网是由多个微型电源与负荷组成的微型电网，其内部潮流为双向流动。微网一般由唯一的接口与配电网相连接，微网既可并网运行亦可独立运行。交流微网的保护策略从是否依赖通信的角度可分为依赖通信与不依赖通信2种。

（1）、不依赖通信的保护

文献[1]提出了一种基于差动电流分量与零序负序分量的微网保护策略，为微网保护提供了一种思路，但是其针对的微网结构较为简单，属于针对性保护配置，通用性不够，在微网结构变得复杂时，可能造成矛盾的结果。产生这种情况的原因正是微网内的双向潮流特性，传统保护中的选择性原则在此处很难满足。

宏观上看，电力网络拓扑只会是单向潮流或双向潮流。若是单向潮流拓扑，例如辐射网、树干网、链式网或开环运行的闭环网，无论分布式电源如何接入（除了接入源端），不可能避免出现双向潮流的情形，亦即不存在这样一个单向潮流的电力拓扑，使得分布式电源接入后仍然保持单向潮流特性。若是双向潮流拓扑，例如环网或者是多端电源网络，理论上说分布式电源的接入不影响原有的双向潮流特性，从而也就不影响原有的保护配置。因此，如果确实存在这样一种网络拓扑使得分布式电源接入后基本不会对原有保护配置产生影响，其只可能是双向潮流拓扑。

目前电力系统中涉及接线拓扑的只有线路接线与变电站接线。从线路角度看，环网与多端电源结构已完全可以代表所有双向潮流拓扑。从变电站角度看，合理的接线方式是在可靠性、复杂度与经济性等方面求得平衡，结构形式多变。因此，不存在这样一个双向潮流结构的电力线路拓扑，对于分布式电源接入后的特性，其表现比环网或多端电源网络更突出。而在微网中设置开关站，对开关站结构进行合理设计，可以使微网保护不依赖或较少依赖通信。

高压变电站的接线面对的是多电源接入，双向潮流流动，因此微网开关站的设计可以借鉴变电站的接线结构。变电站内的接线方式有：单母线、双母线、3/2断路器等，其中3/2断路器的可靠性很高，以该方式为例，构造微网开关站。断路器集中在一处成为开关站，带分布式电源与负荷的线路作为元件接入某串中。微网内某个元件发生故障时，迅速切除该元件，由于是开关站，保护设备集中在一起，差动保护可以做到不依赖于通信。

（2）依赖通信的保护——网络化数字微网保护

由于微网的双向潮流特性，如果能利用多点信息，则会有利于对故障点的判断。网络化数字微网保护以通信为基础，构建微网级的通信网络，利用微网多处的电流电压信息进行综合分析判断，从而实现对微网的保护。网络化数字微网保护需注意的技术要点是：快速有效的保护算法；快速可靠的通信网；多点电流电压信息的同步。

（3）微网独立与并网运行时的保护

微网在并网运行与独立运行2种方式下短路电流不同且差异很大，通过逆变器输出交流电的分布式电源受电力电子器件过流能力的限制，故障时不能提供足够大的短路电流。因此，微网并网运行时的保护策略在微网独立运行时可能不再可行，反之亦然。微网的保护策略面对独立与并网运行时有2种应对方法：一是设计一个统一的保护策略，使得独立与并网运行时保护都有效；二是设置限制条件，使得独立或并网运行时只有一种保护有效。

四、分布式电源与微网的接入电网策略

分布式电源和微网对大电网的接入方式对分布分布式电源保护和微网保护的配置有宏观上的影响。目前电网的结构为分层分区、地区电网互联，模糊地看，电能从发电厂经超高压输电网、高压配电网、中压配电网、低压配电网，最后供给用户负荷，高压配电网中也会有部分电源并入。分布式电源与微网对电网的接入也应遵循一定的准则，做到合理规划。

对于大容量分布式电源，例如一个规模容量较大的风电场，可以直接并入高压配电网；对于中小容量的分布式电源，可以并入中低压配电网；对于微网，由于需面对用户负荷，受限于电压等级，不适合并入高压配电网，可并入中低压配电网。对于接入高压配电网的大容量分布式电源，将其视为传统高压配电网中的电源，保护也与传统相同；对于零散地接入中低压配电网中的小容量分布式电源，优先采用故障时分布式电源退出运行的保护策略，在不影响配电网保护可靠性的前提下，可采用限制分布式电源容量、接入位置和短路电流大小的方式来实现故障时分布式电源可不立即退出的保护策略；对于只接入中低压配电网的微网，配电网或微网内发生故障时，微网先行脱网，微网内部的保护在满足性能要求的情况下自由配置，待故障排除后，微网再并网。

五、结束语

分布式电源和微网是目前的前沿研究领域，而分布式电源保护和微网保护是继电保护领域的热点研究课题。本文从目前已有的一些成果出发，宏观上对分布式电源保护、交流微网保护与直流微网保护进行了思考与分析，给出了保护策略的相关建议。

参考文献：

[1]JENKINSN.Embeddedgeneration.London，UK：InstitutionofElectricalEngineers，2000.

[2]电网对称短路故障时分布式电源功率注入对并网点电压的支撑作用电网技术-2014（3）

[3]含V/f控制分布式电源的微电网故障分析方法中国电机工程学报-2014（16）

[4]带有分布式发电系统的配电网故障区间定位算法中国高等学校电力系统及其自动化专业第二十四届学术年会-2008

作者简介：

吕晓羽（1988—）女，助理工程师，国网天津电力城东供电分公司，研究方向：电力营销及配网线损分析。张长盛（1986—）男，助理工程师，国网天津电力检修分公司，研究方向：系统运行稳定数据分析。