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【摘要】作为一种高效经济的发电方式，分布式电源已赢得了广泛关注，成为我国的电力系统的新兴力量。传统的配电网继电保护是以单电源放射状的配电网结构为依据的，分布式电源的接入，无疑对之产生了影响。文章介绍了分布式电源的发展状况，同时还分析了配电网络，配电网继电保护，在建立模型的基础上探讨了分布式电源对配电网继电保护的影响。
【关键词】分布式电源；配电网；继电保护
电能是生活生产中的重要能源，是一种可再生能源，分布式电源作为一种比较新的电力电源技术，它的发现对于缓解能源紧张有重要作用。在传统的电力生产和输送中，一般是发电站发电，配电厂用高中低不同电压的线路将电源输送到用户家中，即一种电厂——电网——用户的模式。然而，在分布式电源的使用泛化之后，大量的分布式电源并入电网，加大了电网配电调度的难度和复杂性，也给配电网继电保护的安全性带来了挑战[1]。文章针对这一事实，建立当前电网配电模型，从分布式电源的容量、位置等因素分析分布式电源对配电继电保护的影响。
1.什么是分布式电源
分布式电源（Distributed Generation ，DG）本身并没有什么形式创新，之前存在的小火电等用户自己使用的电源设备都可以称之为分布式电源。当前国际上给分布式电源下的定义是：最大容量为50-100MW，连接在配电网络上但不受统一调度和控制的发电机组[2]。根据这一定义可以得知，分布式电源是小容量的，分布地区随需要而定。尽管当前对分布式电源的定义还有其他说法，但有两个标准是通用的，即容量和并网的电压等级。目前分布式电源根据发电形式的不同可以分为风力发电、燃料电池、小水电、光伏发电和生物质能发电等等。
在分布式电源并入原有电网之后，系统短路和各线路母线短路时有发生，对继电保护的有效性提出了考验。随着分布式电源设备运用得越来越广泛，区域供电系统将会发生改变，这些变化会导致继电保护装置运行不畅，增大电力系统继电保护的难度[3]。同时，加入了分布式电源的电网故障水平会随之改变。为了提高故障水平，降低继电保护风险，讨论分布式电源对配电网继电保护的影响十分必要。
2.配电网络及配电网继电保护
2.1配电网络结构
配电网的拓扑结构较多，常见的拓扑结构有树干式、放射式和环网式等。具体形式主要取决于当地的地理环境和地域状况，以合理的方式配置接线方式，以便增强供电的可靠性。 在中国广大城乡地区，最常见的配电形式以放射状为主，这种形式符合中国人的居住特点——以村落或小区集中聚居，安全可靠，扩容简单，节约成本。同时，在配电网络中，通常是采用发电厂、配电网、用户三点一线的形式，因而配电中就存在不同电压的转换问题，涉及到大功率的电力输送问题[4]。所以，在我国的电网中，还有主要的高压输电线路和不同等级的变电站、变压器，这些一起构成了我国的配电网络。
2.2配电网继电保护
配电网继电保护一般通过三部分组成，即电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。这种继电保护一般具有可靠性高、原理简单的优点。继电保护包含两个层面，一是用故障设备上的保护装置排除故障，二是保护装置能起到保护上下级设备的作用。当在配电网中接入分布式电源而发生短路时，将影响配电网原有装置的运行。电流保护是最常用的保护，它通过使电流突然增大以瞬时电流速断保护配电网。当分布式电源接入配电网，原有的网络结构发生改变，对配电网继电保护的正确动作有着不利影响，由于分流作用，流过保护装置的电流量不稳定，从而影响继电保护的灵敏度。
分布式电源的接入还会带来一个问题——改变电流流向。在原先的配电网中，是单端电源供电，单流单向流动。当分布式电源接入之后，改变了这一布局，导致在接入点的上游和下游的流过保护失去选择性。因而需要安装方向元件在配电网的继电保护装置上来解决这一问题。
3.仿真算例分析
分布式电源连接线路发生故障时，其灵敏性、选择性、可靠性都有较大的影响。建立如下图所示的系统图，对其具体情况进行分析。分布式电源接在B处，K1设在R1之前；K2R2的定时限电流速断保护范围内；K3设在母线CD间的线路5%处；K4设在母线CD间的线路60%处；K5设在馈线1出口处。分别对以下情况进行讨论，仿真软件为Simulink。
3.1 分布式电源发生故障
GD发生故障分为两种情况：分布式电源对上游和下游保护的影响。
3.1.1对上游保护的影响
当K1处故障时，DG及下游线路失去与系统侧联系，系统要向故障点供给短路电流，DG要向负荷和短路点供给电流。当S增加 ，R1故障电流也变大，当S >30MVA时，R1定时限电流速断保护整定值Iset1Ⅱ=2321.64A 才有效果 ；当S 增大时，流过 R1的电流变化小，电流值不超过 R1电流速断保护整定值Iset1Ⅰ=3582.9A。所以得出以下结论：当 DG 的注入容量小时，只有过电流保护起作用，DG 自身的保护将先于过电流保护起作用 ；当DG 自身保护的动时限增大时，则又会严重损坏 DG 设备。因此，DG 上游发生故障时，三段式保护将不能有很好的保护效果。
表1 K1发生故障时，S、I1、Idg的关系
S/MVA I1/A Idg/A
19 1851.0 1932.5
25 2144.0 2236.5
30 2339.0 2439.5
47 2918.2 3043.0
57 3068.0 3168.0
3.1.2 對下游保护的影响
当K3点发生故障时，DG 对故障电流起到助增作用，R2保护范围会增加，从而失去选择性。由前面保护配置可知，R2电流速断保护整定值Iset2Ⅰ=1934.7A。经由仿真分析，可得电源容量S与I2及电流Idg的关系。
当 K3点故障时，若馈线未接入DG，则 R2的保护范围过小，故障不在电流速断保护之内。 接入母线 C 后，随着S 的增加，流过R2的故障电流增大，当S ≥9.5MVA时，流过 R2的电流超过电流速断保护整定值。K3处发生故障，BC、CD保护失去选择性。
4.总结
针对当前我国的配电网络的形式和分布式电源的应用广度，结合仿真算例说明分布式电源对配电网继电保护的影响，并得出如下结论：
当分布式电源接入配电网之后，要加装方向元件来保证继电保护的正确性；DG的类型、容量、接入位置会对配电网产生影响；DG容量的增加，DG对继电保护的助增电流加大，保护范围失去选择性；DG在继电保护的上游时，保护范围增大，反之则减小。
【参考文献】
[1]胡成志，卢继平，胡利华，等.分布式电源对配电网继电保护影响的分析[J].重庆大学学报：自然科学版，2009，29（8）：36-39.
[2]王希舟，陈鑫，罗龙，等.分布式发电与配电网保护协调性研究[J]. 继电器，2010，34（3）：15-19.
[3]庞建业，夏晓宾，房牧.分布式发电对配电网继电保护的影响[J]. 继电器，2009，35（11）：5-8.
[4]梁宜. 21世纪电力前沿技术的现状及发展[J].水利电力科技，2012，28（4）：1-8.
【关键词】分布式电源；配电网；继电保护
电能是生活生产中的重要能源，是一种可再生能源，分布式电源作为一种比较新的电力电源技术，它的发现对于缓解能源紧张有重要作用。在传统的电力生产和输送中，一般是发电站发电，配电厂用高中低不同电压的线路将电源输送到用户家中，即一种电厂——电网——用户的模式。然而，在分布式电源的使用泛化之后，大量的分布式电源并入电网，加大了电网配电调度的难度和复杂性，也给配电网继电保护的安全性带来了挑战[1]。文章针对这一事实，建立当前电网配电模型，从分布式电源的容量、位置等因素分析分布式电源对配电继电保护的影响。
1.什么是分布式电源
分布式电源（Distributed Generation ，DG）本身并没有什么形式创新，之前存在的小火电等用户自己使用的电源设备都可以称之为分布式电源。当前国际上给分布式电源下的定义是：最大容量为50-100MW，连接在配电网络上但不受统一调度和控制的发电机组[2]。根据这一定义可以得知，分布式电源是小容量的，分布地区随需要而定。尽管当前对分布式电源的定义还有其他说法，但有两个标准是通用的，即容量和并网的电压等级。目前分布式电源根据发电形式的不同可以分为风力发电、燃料电池、小水电、光伏发电和生物质能发电等等。
在分布式电源并入原有电网之后，系统短路和各线路母线短路时有发生，对继电保护的有效性提出了考验。随着分布式电源设备运用得越来越广泛，区域供电系统将会发生改变，这些变化会导致继电保护装置运行不畅，增大电力系统继电保护的难度[3]。同时，加入了分布式电源的电网故障水平会随之改变。为了提高故障水平，降低继电保护风险，讨论分布式电源对配电网继电保护的影响十分必要。
2.配电网络及配电网继电保护
2.1配电网络结构
配电网的拓扑结构较多，常见的拓扑结构有树干式、放射式和环网式等。具体形式主要取决于当地的地理环境和地域状况，以合理的方式配置接线方式，以便增强供电的可靠性。 在中国广大城乡地区，最常见的配电形式以放射状为主，这种形式符合中国人的居住特点——以村落或小区集中聚居，安全可靠，扩容简单，节约成本。同时，在配电网络中，通常是采用发电厂、配电网、用户三点一线的形式，因而配电中就存在不同电压的转换问题，涉及到大功率的电力输送问题[4]。所以，在我国的电网中，还有主要的高压输电线路和不同等级的变电站、变压器，这些一起构成了我国的配电网络。
2.2配电网继电保护
配电网继电保护一般通过三部分组成，即电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。这种继电保护一般具有可靠性高、原理简单的优点。继电保护包含两个层面，一是用故障设备上的保护装置排除故障，二是保护装置能起到保护上下级设备的作用。当在配电网中接入分布式电源而发生短路时，将影响配电网原有装置的运行。电流保护是最常用的保护，它通过使电流突然增大以瞬时电流速断保护配电网。当分布式电源接入配电网，原有的网络结构发生改变，对配电网继电保护的正确动作有着不利影响，由于分流作用，流过保护装置的电流量不稳定，从而影响继电保护的灵敏度。
分布式电源的接入还会带来一个问题——改变电流流向。在原先的配电网中，是单端电源供电，单流单向流动。当分布式电源接入之后，改变了这一布局，导致在接入点的上游和下游的流过保护失去选择性。因而需要安装方向元件在配电网的继电保护装置上来解决这一问题。
3.仿真算例分析
分布式电源连接线路发生故障时，其灵敏性、选择性、可靠性都有较大的影响。建立如下图所示的系统图，对其具体情况进行分析。分布式电源接在B处，K1设在R1之前；K2R2的定时限电流速断保护范围内；K3设在母线CD间的线路5%处；K4设在母线CD间的线路60%处；K5设在馈线1出口处。分别对以下情况进行讨论，仿真软件为Simulink。
3.1 分布式电源发生故障
GD发生故障分为两种情况：分布式电源对上游和下游保护的影响。
3.1.1对上游保护的影响
当K1处故障时，DG及下游线路失去与系统侧联系，系统要向故障点供给短路电流，DG要向负荷和短路点供给电流。当S增加 ，R1故障电流也变大，当S >30MVA时，R1定时限电流速断保护整定值Iset1Ⅱ=2321.64A 才有效果 ；当S 增大时，流过 R1的电流变化小，电流值不超过 R1电流速断保护整定值Iset1Ⅰ=3582.9A。所以得出以下结论：当 DG 的注入容量小时，只有过电流保护起作用，DG 自身的保护将先于过电流保护起作用 ；当DG 自身保护的动时限增大时，则又会严重损坏 DG 设备。因此，DG 上游发生故障时，三段式保护将不能有很好的保护效果。
表1 K1发生故障时，S、I1、Idg的关系
S/MVA I1/A Idg/A
19 1851.0 1932.5
25 2144.0 2236.5
30 2339.0 2439.5
47 2918.2 3043.0
57 3068.0 3168.0
3.1.2 對下游保护的影响
当K3点发生故障时，DG 对故障电流起到助增作用，R2保护范围会增加，从而失去选择性。由前面保护配置可知，R2电流速断保护整定值Iset2Ⅰ=1934.7A。经由仿真分析，可得电源容量S与I2及电流Idg的关系。
当 K3点故障时，若馈线未接入DG，则 R2的保护范围过小，故障不在电流速断保护之内。 接入母线 C 后，随着S 的增加，流过R2的故障电流增大，当S ≥9.5MVA时，流过 R2的电流超过电流速断保护整定值。K3处发生故障，BC、CD保护失去选择性。
4.总结
针对当前我国的配电网络的形式和分布式电源的应用广度，结合仿真算例说明分布式电源对配电网继电保护的影响，并得出如下结论：
当分布式电源接入配电网之后，要加装方向元件来保证继电保护的正确性；DG的类型、容量、接入位置会对配电网产生影响；DG容量的增加，DG对继电保护的助增电流加大，保护范围失去选择性；DG在继电保护的上游时，保护范围增大，反之则减小。
【参考文献】
[1]胡成志，卢继平，胡利华，等.分布式电源对配电网继电保护影响的分析[J].重庆大学学报：自然科学版，2009，29（8）：36-39.
[2]王希舟，陈鑫，罗龙，等.分布式发电与配电网保护协调性研究[J]. 继电器，2010，34（3）：15-19.
[3]庞建业，夏晓宾，房牧.分布式发电对配电网继电保护的影响[J]. 继电器，2009，35（11）：5-8.
[4]梁宜. 21世纪电力前沿技术的现状及发展[J].水利电力科技，2012，28（4）：1-8.