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摘 要：随着可再生能源的日趋紧张，国家大力鼓励使用可再生资源发电，由于可再生能源装机规模小，较为分散，只能用作分布式发电。分布式发电给国家电网带来重大变革，也对电网的运行控制带来影响。文章主要探讨分布式发电机对电网中继电器保护的影响，并提出相应的对策。
关键词：分布式发电；可再生能源；电力运行与控制；继电器保护
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0075-02
随着集中供电暴露出来的投资大、建站周期长、调节不灵活、停电影响范围大、环境污染大的缺点日益凸显，国家开始重视分布式发电的发展，从2012年后半年，我国政府先后出台了一系列分布式发电方面的政策，如2013年11月国家能源局发布《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》，首次针对居民分布式提出了针对个人利用自有住宅在住宅区域内建设的分布式光伏发电项目，鼓励“自发自用、余电上网”的政策，并给予0.42元每度电的补贴，期限20年。2013年12月9日国家能源局又发布了《光伏发电运营监管暂行办法》，规定电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内光伏发电项目的上网电量，随后又公布了《分布式电源并网意见和规范》。
1 分布式发电的概述
1.1 分布式发电的概念
分布式发电（Distributed Generation，简称DG），是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机（35 kW以下），满足局部用户的使用，也可以并入国家电网，电网公司提供补助电量和补助资金结算服务。
1.2 分布式发电的分类
分布式发电形式有小水电、燃料电池、地热发电、光伏发电、风力发电、生物能发电、潮汐发电等。其中燃气发电、小型水电、太阳能热发电、生物能发电、地热发电、潮汐发电、风能发电（交流电机），输出交流电，可以直接并网；风力发电（直流发电机）、燃料电池、光伏电池输出的为直流电压，需要经过逆变器变为交流才能并网。
1.3 分布式发电的特点
1.3.1 节能环保投，能量利用效率高
分布式发电利用太阳能、风能、水的势能和动能、生物能、地热能等可再生能源，清洁环保，且发电只供给附近局部用户，电路损失能量小。提高电网的可靠性，当集中供电电网发生故障时，立即断开电网，由分布式发电独立进行局部供电，避免大规模停电事故，提高电网的安全可靠性。当用户用电出现故障时，立即与用户断开，减少对用户的干扰。
1.3.2 投资小，风险小，受益周期长
分布式发电由于发电规模小，投资小，易维护，运营成本低。国家出台了用于光伏发电的政策，光伏发电补贴0.42元，且补贴期为20，投资风险小，受益周期长。
2 国内分布式发电状况
国内分布式发电的发展现状我国分布式发电始于小水电自发自供，近年来，天然气和新能源分布式发电才开始起步。根据中国城市燃气协会分布式能源专委会统计，截至2011年全国天然气分布式能源项目总装机容量近100万 kV，主要分布在北京、上海和广州等大城市的医院、宾馆、写字楼和大学城等公共建筑。分布式光伏发电是2009年在光伏电站特许权招标项目和金太阳示范工程的带动下迅速发展起来的，到2013年底，分布式光伏累计装机容量达到约200万 kW，其中2013年新增分布式光伏约100万 kW。国家能源局还推动了分散式接入风电开发，在110 kV及以下电压等级就近接入风电机组，所发电力不考虑升压外送，从试点效果看，可以有效提高风电利用小时数。生物质发电普遍规模较小，具备分布式特征。截至2013年底，全国生物质直燃发电装机850万 kW，但大多作为发电厂运行。
3 分布式发电对配电网继电保护的影响
3.1 对三段式电流保护的影响
三段式电流是指瞬时电流速断保护、过电流保护和定时限电流速断。电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大，利用这一特点，可构成电流保护。电流速断保护指电流发生变化，超过预先设置的保护定值范围时而瞬间动作的电流保护。它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长。所以为了保护线路全长，通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包括本线路的全部和相邻线路的一部分，其时限比相邻线路的速断保护大△t；电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。
过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个△t。以上三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，只采用电流速断保护和限时电流速断保护，或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式，也可三者同时采用。
DG接入配电系统后，电网线路发生故障时，将会影响配电网中电流的大小、分布、流向、相位以及断电动作，接入的位置不同，影响效果不同，流过保护装置的电流可能增大或减小。若分布式发电接入点下游发生故障时，DG提供的电流负向流入检测系统，而传统电网的电流检测元件不具备电流方向性检测，对流入继电器的故障电流和DG流入电流相加，当故障电流超过继电器的整定值时，过电流保护器动作，且DG的容量越大对过电流保护器灵敏度的影响越大。若分布电流上游发生故障时，DG起到分流作用，降低过电流保护器的灵敏度。通过以上分析，DG接入配电系统，DG下游发生短路故障，电网和DG都会向短路点提供电流，提高了电流继电器的灵敏度，当DG的容量足够大时可能导致电流保护器的误动；DG上游发生短路故障时，由于DG分流的影响，降低三段电流保护的灵敏度，当DG容量足够大时，可能产生拒动。
3.2 对反时限过流保护的影响
反时限过流保护指同一线路不同地点的短路时，由于短路电流不同，保护具有不同的动作的时限，不同接入点的继电器都具有相同的特性曲线，其动作时间与故障电流为单调递减函数，在线路靠近电源端短路电流较大，动作时间较短。当DG接入后，DG下游故障时，DG上游线路电流因短路继电器动作时间增长，下游线路反限时动作时间缩短；当DG上游线路故障时，DG上游线路因电流短路继电器动作时间增长，下游线路反限时继电器动作时间缩短。 3.3 对距离保护的影响
距离保护是指反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。距离保护由启动元件、方向元件、测量元件（线路电压、电流）、和执行元件组成，当DG接入后，其上游增加了一个分支，DG接入位置不变时，增大DG的容量时，上游保护处测量的阻抗也增加，下游的阻抗不变；当DG容量不变，改变DG接入位置时，上游继电器的灵敏度提高或降低，下游继电器的灵敏度保持不变。
3.4 对自动重合闸的影响
在电力系统的故障中，输电线路是发生故障几率最多的元件，约占电力系统的90%，大多数是瞬时性故障，约占输电线路故障的90%，而永久性故障约占10%。自动合闸是当输电线路跳闸或输电线路故障由继电器保护装置动作使开关切除故障点，将断路器按需要自动合闸投入，从而恢复线送电安全的自动装置。当DG接入配电系统后，当电路发生故障后，如果DG没从配电网中切除，就会继续对故障点供电，从而延长故障点的游离时间，可能造成重合闸失败。
4 降低分布式发电在配电网继电保护中影响的对策
4.1 对三段式电流保护影响的对策
尽量把DG接入线路的末端，增大DG到相邻线路保护电气的距离，减少DG下游受影响保护器的数量，并在DG上游安装方向元件，使DG上游线路故障时不产生误动，同时对DG上游元件效验，确保接上DG后的灵敏度仍能满足要求。分布式发电选择入网方式时，优先考虑逆变入网，减小对对电流保护的影响。由于分布式发电通常采用同步电机、异步电机或光伏发电，尤其是光伏和风力发电受光照强度和风的大小影响，发电不稳定、具有一定的间歇性，造成电力体统运行复杂和电路故障多变，需要投入新型、智能的电流保护电气元件。
4.2 降低DG对反时限过流保护影响的对策
由于反时限电流保护，继电器的动作时间是与电流有关的递减函数，线路发生故障时，流过上级的故障电流不大于流过下级的电流，上级继电器的动作时间比下级的时间长，上下级继电器的保护仍然满足要求，DG是否接入几乎不影响反时限过电流保护器的工作，但为防止DG上游保护因方向电流而误动，要为反时限过流加装方向元件。
4.3 降低DG对距离保护影响的对策
长短线配合使用，调整继电器的灵敏度，当线路距离较短时，承受过度电阻的能力大大下降，通过使用多边形距离继电器来，可以有效提高抗过度电阻的能力，减小短路点过度电阻对测量阻抗的影响。
4.4 降低DG对自动重合闸影响的对策
为确保电网安全稳定运行，电网发生短路故障时，继电器断开，立即启动修复措施，故障排除后启动重合闸，DG必须在重合闸前退出电网。为保证重合闸不受DG接入的影响，需要延长重合闸的整定时间，如果是瞬时性故障，设定故障点有足够的游离时间，使保护器有选择动作，同时投入检无压同期功能，检测重合闸前故障是否消失，重合闸后即可恢复正常供电，如果是永久性故障，在重合闸前检测故障是否消失，如果整定时间内故障不消失，则发出闭锁信号，闭锁DG侧的重合闸，确保故障不损坏DG厂商。
5 结 语
综上所述，文章简述了分布式发电的特点，以及国内外分布式发电的概况，详细分析了DG对三段式电流保护、反限流保护、距离保护和自动重合闸的影响，并提出降低分布式发电对配电网继电保护的有效措施。
参考文献：
[1] 韩奕.微网及含分布式发电的配电网保护算法研究[D].北京：中国电力科学研究院，2011.
[2] 邹必昌.含分布式发电的配电网重构及故障恢复算法研究[D].武汉：武汉大学，2012.
[3] 田佳.分布式发电对配电网继电保护的影响及对策研究[D].济南：山东大学，2010.
关键词：分布式发电；可再生能源；电力运行与控制；继电器保护
中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）14-0075-02
随着集中供电暴露出来的投资大、建站周期长、调节不灵活、停电影响范围大、环境污染大的缺点日益凸显，国家开始重视分布式发电的发展，从2012年后半年，我国政府先后出台了一系列分布式发电方面的政策，如2013年11月国家能源局发布《关于分布式光伏发电项目管理暂行办法的通知》，首次针对居民分布式提出了针对个人利用自有住宅在住宅区域内建设的分布式光伏发电项目，鼓励“自发自用、余电上网”的政策，并给予0.42元每度电的补贴，期限20年。2013年12月9日国家能源局又发布了《光伏发电运营监管暂行办法》，规定电网企业应当全额收购其电网覆盖范围内光伏发电项目的上网电量，随后又公布了《分布式电源并网意见和规范》。
1 分布式发电的概述
1.1 分布式发电的概念
分布式发电（Distributed Generation，简称DG），是在用户现场或靠近用电现场配置较小的发电机（35 kW以下），满足局部用户的使用，也可以并入国家电网，电网公司提供补助电量和补助资金结算服务。
1.2 分布式发电的分类
分布式发电形式有小水电、燃料电池、地热发电、光伏发电、风力发电、生物能发电、潮汐发电等。其中燃气发电、小型水电、太阳能热发电、生物能发电、地热发电、潮汐发电、风能发电（交流电机），输出交流电，可以直接并网；风力发电（直流发电机）、燃料电池、光伏电池输出的为直流电压，需要经过逆变器变为交流才能并网。
1.3 分布式发电的特点
1.3.1 节能环保投，能量利用效率高
分布式发电利用太阳能、风能、水的势能和动能、生物能、地热能等可再生能源，清洁环保，且发电只供给附近局部用户，电路损失能量小。提高电网的可靠性，当集中供电电网发生故障时，立即断开电网，由分布式发电独立进行局部供电，避免大规模停电事故，提高电网的安全可靠性。当用户用电出现故障时，立即与用户断开，减少对用户的干扰。
1.3.2 投资小，风险小，受益周期长
分布式发电由于发电规模小，投资小，易维护，运营成本低。国家出台了用于光伏发电的政策，光伏发电补贴0.42元，且补贴期为20，投资风险小，受益周期长。
2 国内分布式发电状况
国内分布式发电的发展现状我国分布式发电始于小水电自发自供，近年来，天然气和新能源分布式发电才开始起步。根据中国城市燃气协会分布式能源专委会统计，截至2011年全国天然气分布式能源项目总装机容量近100万 kV，主要分布在北京、上海和广州等大城市的医院、宾馆、写字楼和大学城等公共建筑。分布式光伏发电是2009年在光伏电站特许权招标项目和金太阳示范工程的带动下迅速发展起来的，到2013年底，分布式光伏累计装机容量达到约200万 kW，其中2013年新增分布式光伏约100万 kW。国家能源局还推动了分散式接入风电开发，在110 kV及以下电压等级就近接入风电机组，所发电力不考虑升压外送，从试点效果看，可以有效提高风电利用小时数。生物质发电普遍规模较小，具备分布式特征。截至2013年底，全国生物质直燃发电装机850万 kW，但大多作为发电厂运行。
3 分布式发电对配电网继电保护的影响
3.1 对三段式电流保护的影响
三段式电流是指瞬时电流速断保护、过电流保护和定时限电流速断。电力系统的线路或元件发生故障时，故障点越靠近电源，短路电流越大，利用这一特点，可构成电流保护。电流速断保护指电流发生变化，超过预先设置的保护定值范围时而瞬间动作的电流保护。它的保护范围受系统运行方式的影响较大，不可能保护线路的全长。所以为了保护线路全长，通常采用略带时限的电流速断与相邻线路的速断保护相配合，其保护范围包括本线路的全部和相邻线路的一部分，其时限比相邻线路的速断保护大△t；电流速断保护和限时电流速断保护可构成线路的主保护。
过流保护是按躲开最大负荷电流来整定的一种保护装置，可作为本线路和相邻线路的后备保护，定时限过流保护的动作时限比相邻线路的动作时限均大至少一个△t。以上三种保护组合在一起，构成阶段式电流保护。具体应用时，只采用电流速断保护和限时电流速断保护，或限时电流速断保护和定时限过流保护的方式，也可三者同时采用。
DG接入配电系统后，电网线路发生故障时，将会影响配电网中电流的大小、分布、流向、相位以及断电动作，接入的位置不同，影响效果不同，流过保护装置的电流可能增大或减小。若分布式发电接入点下游发生故障时，DG提供的电流负向流入检测系统，而传统电网的电流检测元件不具备电流方向性检测，对流入继电器的故障电流和DG流入电流相加，当故障电流超过继电器的整定值时，过电流保护器动作，且DG的容量越大对过电流保护器灵敏度的影响越大。若分布电流上游发生故障时，DG起到分流作用，降低过电流保护器的灵敏度。通过以上分析，DG接入配电系统，DG下游发生短路故障，电网和DG都会向短路点提供电流，提高了电流继电器的灵敏度，当DG的容量足够大时可能导致电流保护器的误动；DG上游发生短路故障时，由于DG分流的影响，降低三段电流保护的灵敏度，当DG容量足够大时，可能产生拒动。
3.2 对反时限过流保护的影响
反时限过流保护指同一线路不同地点的短路时，由于短路电流不同，保护具有不同的动作的时限，不同接入点的继电器都具有相同的特性曲线，其动作时间与故障电流为单调递减函数，在线路靠近电源端短路电流较大，动作时间较短。当DG接入后，DG下游故障时，DG上游线路电流因短路继电器动作时间增长，下游线路反限时动作时间缩短；当DG上游线路故障时，DG上游线路因电流短路继电器动作时间增长，下游线路反限时继电器动作时间缩短。 3.3 对距离保护的影响
距离保护是指反应故障点至保护安装处之间的距离，并根据该距离的大小确定动作时限的一种继电保护装置。距离保护由启动元件、方向元件、测量元件（线路电压、电流）、和执行元件组成，当DG接入后，其上游增加了一个分支，DG接入位置不变时，增大DG的容量时，上游保护处测量的阻抗也增加，下游的阻抗不变；当DG容量不变，改变DG接入位置时，上游继电器的灵敏度提高或降低，下游继电器的灵敏度保持不变。
3.4 对自动重合闸的影响
在电力系统的故障中，输电线路是发生故障几率最多的元件，约占电力系统的90%，大多数是瞬时性故障，约占输电线路故障的90%，而永久性故障约占10%。自动合闸是当输电线路跳闸或输电线路故障由继电器保护装置动作使开关切除故障点，将断路器按需要自动合闸投入，从而恢复线送电安全的自动装置。当DG接入配电系统后，当电路发生故障后，如果DG没从配电网中切除，就会继续对故障点供电，从而延长故障点的游离时间，可能造成重合闸失败。
4 降低分布式发电在配电网继电保护中影响的对策
4.1 对三段式电流保护影响的对策
尽量把DG接入线路的末端，增大DG到相邻线路保护电气的距离，减少DG下游受影响保护器的数量，并在DG上游安装方向元件，使DG上游线路故障时不产生误动，同时对DG上游元件效验，确保接上DG后的灵敏度仍能满足要求。分布式发电选择入网方式时，优先考虑逆变入网，减小对对电流保护的影响。由于分布式发电通常采用同步电机、异步电机或光伏发电，尤其是光伏和风力发电受光照强度和风的大小影响，发电不稳定、具有一定的间歇性，造成电力体统运行复杂和电路故障多变，需要投入新型、智能的电流保护电气元件。
4.2 降低DG对反时限过流保护影响的对策
由于反时限电流保护，继电器的动作时间是与电流有关的递减函数，线路发生故障时，流过上级的故障电流不大于流过下级的电流，上级继电器的动作时间比下级的时间长，上下级继电器的保护仍然满足要求，DG是否接入几乎不影响反时限过电流保护器的工作，但为防止DG上游保护因方向电流而误动，要为反时限过流加装方向元件。
4.3 降低DG对距离保护影响的对策
长短线配合使用，调整继电器的灵敏度，当线路距离较短时，承受过度电阻的能力大大下降，通过使用多边形距离继电器来，可以有效提高抗过度电阻的能力，减小短路点过度电阻对测量阻抗的影响。
4.4 降低DG对自动重合闸影响的对策
为确保电网安全稳定运行，电网发生短路故障时，继电器断开，立即启动修复措施，故障排除后启动重合闸，DG必须在重合闸前退出电网。为保证重合闸不受DG接入的影响，需要延长重合闸的整定时间，如果是瞬时性故障，设定故障点有足够的游离时间，使保护器有选择动作，同时投入检无压同期功能，检测重合闸前故障是否消失，重合闸后即可恢复正常供电，如果是永久性故障，在重合闸前检测故障是否消失，如果整定时间内故障不消失，则发出闭锁信号，闭锁DG侧的重合闸，确保故障不损坏DG厂商。
5 结 语
综上所述，文章简述了分布式发电的特点，以及国内外分布式发电的概况，详细分析了DG对三段式电流保护、反限流保护、距离保护和自动重合闸的影响，并提出降低分布式发电对配电网继电保护的有效措施。
参考文献：
[1] 韩奕.微网及含分布式发电的配电网保护算法研究[D].北京：中国电力科学研究院，2011.
[2] 邹必昌.含分布式发电的配电网重构及故障恢复算法研究[D].武汉：武汉大学，2012.
[3] 田佳.分布式发电对配电网继电保护的影响及对策研究[D].济南：山东大学，2010.