论文部分内容阅读
[摘 要]随着全世界固有资源的日渐稀少，人类无可避免的将目光投到了可再生资源上面，因此，以分布式光伏电源为代表的可再生能源的应用技术快速发展愈发成熟，当前已经成功进入了商业领域，但是当分布式光伏电源接入配电网后，配电保护系统由于分布式光伏电源的加入产生了很大的影响，
[关键词]分布式光伏电源；配电网；继电保护
中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0340-01
1 分布式电源的分类
分布式电源是能够满足特定用户需求的独立发电单元，其具有分散性、灵活性和环境友好性等特点。根据一次能源类型可将分布式电源的能源类型主要分为：自然能源、环保再生型能源、化石燃料以及贮能发电。常见的几种分布式电源技术原理及特点如表1：
表1几种常见的分布式并网特性表
2 分布式电源接入对传统配电网保护的影响
2.1 降低了 DER 上游线路保护的灵敏度
分布式电源下游线路故障对保护的影响如图1 所示。
图1 分布式电源下游线 图2 相邻线路故障时分布式
路故障对保护的影响 电源所在线路的保护误动
如图1所示，当 DER 接在线路末端，且在DER下游发生故障，此时虽然会使得故障点故障电流增大，但是相较于未接入DER的情形，由于存在分布式电源的分流作用，使得上游线路中流过R1的故障电流显著减小。此时R1 处的线路保护装置可能因为检测到故障电流过小而造成保护拒动，降低了保护的灵敏度。
2.2 造成 DER 上游线路误动，降低选择性
传统的配电网是单侧电源供电，无需在继电保护中配置方向元件[。然而在接入分布式电源后，某些线路会变成双侧或多端电源供电，R2 所处线路为两侧电源供电，如图2 所示。
如图2所示，当相邻线路发生故障时，R2会检测到DER向故障点K1（母线处）或K2（相邻线路）反向注入的故障电流。若没有方向元件，且该故障电流超过整定值，R2将保护动作，而失去选择性。显然可以看出，当故障点离母线越近，DER向R2注入的反向故障电流越大，误动的可能性就越大。
2.3 影响线路保护范围
当分布式电源下游的配电网发生故障时，由于分布式电源的助流作用，使得下游的故障电流增大，但其分流作用却使得上游的故障电流减小，最终导致DER下游保护的保护范围增大，而上游保护（线路远后备）的保护范围减小。如图3所示，当K1点发生故障时，随着分布式电源容量的不断增加，将导致流过R2的故障电流逐渐增大，下段的保护范围增大；流过R1的故障电流逐渐减小，对于限时速断保护而言，其保护范围将无法到达全线。
图3 分布式电源对保护范围的影响
3 分布式光伏电源对配电网保护的影响
3.1 对重合闸的影响
在当前的电力系统中重合闸已被广泛的应用，而在含分布式光伏电源的配电网中，在故障发生时出现状况，情况一：配电网处于独立运行状态，其中部分所需电能由分布式光伏电源供应，这个时候若要进行自动重合闸操作，在这种情况下重合闸不会成功。情况二：分布式光伏电源在跳闸后仍然持续供电导致发生问题处电弧无法熄灭无法进行自动重合闸操作。在一般的配电网中，一旦发生突发性故障，自动重合闸可以以最快的速度进行恢复供电，但是当分布式光伏电源接入配电网时，此时的配电线路不再只有一个电源，导致重合闸的操作需要考虑双边电源同步和时间配合问题。
3.2 影响短路电流
当分布式光伏电源接入配电网时，若电路发生短路，那么短路电流会变得无法预测，此时的短路电流的大小与分布式光伏电源的运行状态和发生故障的位置有关，在故障中，该电路中接入分布式光伏电源越多那么情况就越为复杂，对短路电流的判断难度也会更高，如果配电网仍然采取传统的电路保护方案，那么配电网中是对于分布式光伏电源的接入在数量、容量、位置方面都会有非常大的限制。
3.3 逆向潮流
在分布式光伏电源接入配电网时，有几率伴随着逆向潮流的发生，特别在分布式光伏电源容量过大时，当其容量超过电路系统所需要的电能时，配电网中的潮流方向就会发生变化。过去的配电网络是单电源辐射结构，一旦发生故障或短路，电流方向等电路信息非常明确且容易确定，加入分布式光伏电源后，改变了原有的配电网结构，发生故障以及问题时需要了解分布式光伏电源的自身状态，才可以进一步分析电路状态。
4 含分布式光伏电源的配电网保护方法
4.1 根据纵联保护制定的改进方案
对于纵联保护的应用很早就开始了，最早是被应用于高压电网当之中。因为其他种类的保护只能测量保护安装处的一些电气信息量，却不能达到对继电保护性能上的要求。在这种情况下，一些专家提出了将纵联保护引入含分部式电源的配电网当中的方案。让其与传统的保护互相配合，组成主保护和后备保护。既可以迅速地可靠地切除故障，又可以达到选择性的要求，防止误动。
4.2 限制容量及接入位置
由于无法确保在电路产生故障之后，第一时间将分布式光伏电源从配电网中移除，因此可以考虑用限制分布式光伏电源的接入位置和容量来削弱分布式光伏电源对原配电网保护体系的影响。在确保电网的自我保护可靠可执行的情况下，分析分布式光伏电源接入数量、介入位置、组合方式以及线路参数等几个角度对起准入容量的形象，最终证明，在对配电网传统的继电保护体系不更改的前提下，分布式光伏电源的接入限制非常大，因此，此方法依旧不够完美。
4.3 切除分布式光伏电源
分布式光伏电源接入配电网后会对配电网的自护机制产生多方面的影响，因此在电路网络发生故障时，快速切断分布式网络，那么配电网就可以使用传统机制来进行自我修复。这个方式对于传统的保护系统来说变化最少、付出最低，不过依旧有一些疑虑，首先，分布式光伏电源应该在检测到电路故障之后从配电网中移除；其次，按照目前的某些标准，分布式光伏電源的移除时间应该是在产生故障之后且自动重合闸之前，但是在实际的操作中，未必可以一定做到这一点，因此依旧会对配电网的自我保护造成一些影响。
4.4 引入故障限流器
故障限流器是一种降低故障电流的原件，在配电网发生故障时引入故障限流器，大大降低了发生故障时配电网中的配电电流，并且不会对配电网产生影响。但是这个方法仍然存在些许不足，比如，在发生故障期间，分布式光伏电源难以稳定的支持系统运行。
4.5 基于多代理系统的保护方案
利用数字化技术，在传统配电网中搭建通信网络，基于智能化的数据分析，对配电网中的各部分状态进行数据采集与检测分析，由此一道电路网络发生故障依靠智能化的数据分析算法，可以第一时间准确的知道故障发生的位置及其他基本信息。在通过对于故障的分析以及电路网络设备的状态信息的分析自动找出恢复故障的方法，达到快而准的解决电路故障的目的，但是此方案需要极其复杂且可信程度高的通信网络。
结束语
分布式光伏电源从能源属性上为社会带来了新希望，同时也对传统的配电网系统带来了一定冲击和影响，综合来看，当前分布式光伏电源与配电网的自我继电保护之间的冲突应该从基础保护和构建通信网络两方面合作完成，这样的组合可以让新型的配电网络保护机制在满足保护电路的功能前提下，满足对于新型配电网络的经济性和拓展性需求。
参考文献：
[1]王锴.光伏发电并网系统对继电保护的影响研究[D].郑州大学，2016.
[2]李川.有源配电网继电保护方案研究[D].华北电力大学，2017.
[3]许郴.含分布式光伏发电系统的配电网保护研究[D].西安科技大学，2016.
[4] 殷悦.含分布式光伏发电的配电网故障分析和保护的研究[D].北京交通大学，2016.
[5]董超楠.光伏电源对10kV配电网保护影响的研究[D].沈阳农业大学，2016.
[关键词]分布式光伏电源；配电网；继电保护
中图分类号：G62 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0340-01
1 分布式电源的分类
分布式电源是能够满足特定用户需求的独立发电单元，其具有分散性、灵活性和环境友好性等特点。根据一次能源类型可将分布式电源的能源类型主要分为：自然能源、环保再生型能源、化石燃料以及贮能发电。常见的几种分布式电源技术原理及特点如表1：
表1几种常见的分布式并网特性表
2 分布式电源接入对传统配电网保护的影响
2.1 降低了 DER 上游线路保护的灵敏度
分布式电源下游线路故障对保护的影响如图1 所示。
图1 分布式电源下游线 图2 相邻线路故障时分布式
路故障对保护的影响 电源所在线路的保护误动
如图1所示，当 DER 接在线路末端，且在DER下游发生故障，此时虽然会使得故障点故障电流增大，但是相较于未接入DER的情形，由于存在分布式电源的分流作用，使得上游线路中流过R1的故障电流显著减小。此时R1 处的线路保护装置可能因为检测到故障电流过小而造成保护拒动，降低了保护的灵敏度。
2.2 造成 DER 上游线路误动，降低选择性
传统的配电网是单侧电源供电，无需在继电保护中配置方向元件[。然而在接入分布式电源后，某些线路会变成双侧或多端电源供电，R2 所处线路为两侧电源供电，如图2 所示。
如图2所示，当相邻线路发生故障时，R2会检测到DER向故障点K1（母线处）或K2（相邻线路）反向注入的故障电流。若没有方向元件，且该故障电流超过整定值，R2将保护动作，而失去选择性。显然可以看出，当故障点离母线越近，DER向R2注入的反向故障电流越大，误动的可能性就越大。
2.3 影响线路保护范围
当分布式电源下游的配电网发生故障时，由于分布式电源的助流作用，使得下游的故障电流增大，但其分流作用却使得上游的故障电流减小，最终导致DER下游保护的保护范围增大，而上游保护（线路远后备）的保护范围减小。如图3所示，当K1点发生故障时，随着分布式电源容量的不断增加，将导致流过R2的故障电流逐渐增大，下段的保护范围增大；流过R1的故障电流逐渐减小，对于限时速断保护而言，其保护范围将无法到达全线。
图3 分布式电源对保护范围的影响
3 分布式光伏电源对配电网保护的影响
3.1 对重合闸的影响
在当前的电力系统中重合闸已被广泛的应用，而在含分布式光伏电源的配电网中，在故障发生时出现状况，情况一：配电网处于独立运行状态，其中部分所需电能由分布式光伏电源供应，这个时候若要进行自动重合闸操作，在这种情况下重合闸不会成功。情况二：分布式光伏电源在跳闸后仍然持续供电导致发生问题处电弧无法熄灭无法进行自动重合闸操作。在一般的配电网中，一旦发生突发性故障，自动重合闸可以以最快的速度进行恢复供电，但是当分布式光伏电源接入配电网时，此时的配电线路不再只有一个电源，导致重合闸的操作需要考虑双边电源同步和时间配合问题。
3.2 影响短路电流
当分布式光伏电源接入配电网时，若电路发生短路，那么短路电流会变得无法预测，此时的短路电流的大小与分布式光伏电源的运行状态和发生故障的位置有关，在故障中，该电路中接入分布式光伏电源越多那么情况就越为复杂，对短路电流的判断难度也会更高，如果配电网仍然采取传统的电路保护方案，那么配电网中是对于分布式光伏电源的接入在数量、容量、位置方面都会有非常大的限制。
3.3 逆向潮流
在分布式光伏电源接入配电网时，有几率伴随着逆向潮流的发生，特别在分布式光伏电源容量过大时，当其容量超过电路系统所需要的电能时，配电网中的潮流方向就会发生变化。过去的配电网络是单电源辐射结构，一旦发生故障或短路，电流方向等电路信息非常明确且容易确定，加入分布式光伏电源后，改变了原有的配电网结构，发生故障以及问题时需要了解分布式光伏电源的自身状态，才可以进一步分析电路状态。
4 含分布式光伏电源的配电网保护方法
4.1 根据纵联保护制定的改进方案
对于纵联保护的应用很早就开始了，最早是被应用于高压电网当之中。因为其他种类的保护只能测量保护安装处的一些电气信息量，却不能达到对继电保护性能上的要求。在这种情况下，一些专家提出了将纵联保护引入含分部式电源的配电网当中的方案。让其与传统的保护互相配合，组成主保护和后备保护。既可以迅速地可靠地切除故障，又可以达到选择性的要求，防止误动。
4.2 限制容量及接入位置
由于无法确保在电路产生故障之后，第一时间将分布式光伏电源从配电网中移除，因此可以考虑用限制分布式光伏电源的接入位置和容量来削弱分布式光伏电源对原配电网保护体系的影响。在确保电网的自我保护可靠可执行的情况下，分析分布式光伏电源接入数量、介入位置、组合方式以及线路参数等几个角度对起准入容量的形象，最终证明，在对配电网传统的继电保护体系不更改的前提下，分布式光伏电源的接入限制非常大，因此，此方法依旧不够完美。
4.3 切除分布式光伏电源
分布式光伏电源接入配电网后会对配电网的自护机制产生多方面的影响，因此在电路网络发生故障时，快速切断分布式网络，那么配电网就可以使用传统机制来进行自我修复。这个方式对于传统的保护系统来说变化最少、付出最低，不过依旧有一些疑虑，首先，分布式光伏电源应该在检测到电路故障之后从配电网中移除；其次，按照目前的某些标准，分布式光伏電源的移除时间应该是在产生故障之后且自动重合闸之前，但是在实际的操作中，未必可以一定做到这一点，因此依旧会对配电网的自我保护造成一些影响。
4.4 引入故障限流器
故障限流器是一种降低故障电流的原件，在配电网发生故障时引入故障限流器，大大降低了发生故障时配电网中的配电电流，并且不会对配电网产生影响。但是这个方法仍然存在些许不足，比如，在发生故障期间，分布式光伏电源难以稳定的支持系统运行。
4.5 基于多代理系统的保护方案
利用数字化技术，在传统配电网中搭建通信网络，基于智能化的数据分析，对配电网中的各部分状态进行数据采集与检测分析，由此一道电路网络发生故障依靠智能化的数据分析算法，可以第一时间准确的知道故障发生的位置及其他基本信息。在通过对于故障的分析以及电路网络设备的状态信息的分析自动找出恢复故障的方法，达到快而准的解决电路故障的目的，但是此方案需要极其复杂且可信程度高的通信网络。
结束语
分布式光伏电源从能源属性上为社会带来了新希望，同时也对传统的配电网系统带来了一定冲击和影响，综合来看，当前分布式光伏电源与配电网的自我继电保护之间的冲突应该从基础保护和构建通信网络两方面合作完成，这样的组合可以让新型的配电网络保护机制在满足保护电路的功能前提下，满足对于新型配电网络的经济性和拓展性需求。
参考文献：
[1]王锴.光伏发电并网系统对继电保护的影响研究[D].郑州大学，2016.
[2]李川.有源配电网继电保护方案研究[D].华北电力大学，2017.
[3]许郴.含分布式光伏发电系统的配电网保护研究[D].西安科技大学，2016.
[4] 殷悦.含分布式光伏发电的配电网故障分析和保护的研究[D].北京交通大学，2016.
[5]董超楠.光伏电源对10kV配电网保护影响的研究[D].沈阳农业大学，2016.