【摘要】本文以传统配电网中常用的阶段式电流保护为例，分析了分布式电源的接入对继电保护的影响，介绍了含分布式电源的配电网继电保护的发展现状。
【关键词】分布式电源;配电网;故障定位;继电保护
1.分布式电源和微电网
传统的电力系统的布局受到一次能源布局的约束，由于一次能源在地理上分布的不均匀，所以传统的电力系统都是集中型的电力系统。电能在水電厂、火电厂、核电厂被集中发出后，再经过高压远距离传输至负荷中心，降压后供给负荷使用。随着经济的发展，能源短缺、环境恶化等问题日益突出，人们希望能获得更加便捷、稳定、清洁、廉价的能源，这也为分布式电源的发展提供了契机。分布式电源（Distributed Resources， DR）是指位于负荷附近，装机规模较小，就近接入中低压配电网的电源，包括分布式发电和储能。[1] 其中分布式发电的主要类型有：光伏发电、风力发电、燃料电池、热电联产、水电等。其中光伏发电、燃料电池发电等发出的均为直流电，需经逆变器转化为交流电后才能并入电网。由于太阳能、风能、水能等会受自然因素的影响，存在一定随机性，很多分布式发电的输出功率也会随之波动，且单个分布式电源的有功、无功出力有限，所以，在现有的关于分布式发电的标准中，大多数都不建议分布式电源单独带负荷运行。
由多个分布式电源和负荷组成，且能实现自我监控、保护，通过一个公共连接点与配电网连接的系统，称为微电网（Micro Grid），微电网既可以并网运行，也可以孤网运行，独立给负荷供电。由于分布式电源和微电网都是含电源的，它们不同于配电网中的其它负荷，接入电网后会对电网的规划、运行、保护与控制、稳定性等产生影响。
2.分布式电源对继电保护的影响
传统配电网大多是单电源辐射形供电网络，采用一些原理简单的保护，例如：阶段式的电流保护就能满足继电保护可靠性、选择性、速动性和灵敏性的要求。分布式电源或微电网的接入，实质上是将单电源供电网络变成了双电源甚至是多电源供电网络。相比传统的单电源供电的配电网供电的可靠性提高了，但网络结构上的变化，给传统配电网的保护带来了许多新的挑战。
图1 接入分布式电源接入配电网的位置
图2 接入分布式电源接入后的配电网
分布式电源（后简称“DG”）在配电网中接入的位置可以有很多种，图1表示的是其中的一种接入方式，接入配电网的末端母线上。当图示系统中任意一条线路上发生短路故障时，DG1和DG2均能像配电系统中的电源一样给短路点提供短路电流，仅靠安装在线路某一端的开关设备和继电保护装置切除故障，已无法满足继电保护选择性的要求。这就可能需要在线路两侧增加开关设备和保护装置，如图2中的保护5、6、7、8等设备。另外，如果需要多个保护之间联合判断故障位置，而不是通过本地信息来构成配电网保护时，要考虑增加通信设备来完成不同保护间信息的交流。所以，当分布式电源接入系统，需要对原有配电网进行设备改造，投资成本增加。
由于分布式电源接入后的配电网拓扑结构的改变，配电网中的潮流也发生了变化，必然也会引起配电网中发生短路故障时短路电流分布的改变，使继电保护的整定计算和灵敏度校验更加复杂。首先，分布式电源的接入，相当于在部分配电线路的两端增加了电源。在不同位置发生短路故障时，配电网中的每个保护必须要考虑短路功率（短路电流）的方向，否则就会造成保护的误动。其次，分布式电源除了在系统正常运行时可以向负荷供电，在配电网中发生短路故障时，也像输电网一样给短路点提供短路电流。这又涉及到在发生故障时，分布式电源扮演了“助增电源”的角色。例如：假设图2中BC线路上发生短路故障，保护2处的短路电流会因为DG2的存在而增加。在保护整定中如果不考虑分支系数的影响，就很难满足保护选择性的要求。最后，分布式电源的运行方式是灵活多样的，既可以并网运行又可以退出运行，另外微电网还可以独立给负荷供电。运行方式的改变也就改变了配电网的网络结构，当网络结构发生改变时，若继电保护的定值、动作时限或保护判据不能有相应的更新，继电保护就很难适应配电网运行的要求。
以上是以阶段式电流保护为例，简要分析了分布式电源对继电保护的影响。另外，分布式电源的接入也会对配电网的其它原理的保护和自动装置，如：低电压保护、自动重合闸产生影响。综上所述，在含有分布式电源或微网的继电保护需要找到新的保护判据，才能正确的确定故障发生的位置，从而使保证系统的稳定运行。
3.考虑分布式电源的配电网继电保护
含有分布式电源或微电网的配电网从结构上来看，更类似于输电网，可以借鉴输电网中线路保护的原理来改进相应的保护，如：给利用单端电气量构成的保护增加新的故障判据;或者增加通信设备，利用线路两侧的信息来联合判断故障位置。针对分布式电源多样化的运行方式，如果能从全局考虑，提出能够自适应的更新保护定值的保护，显得非常有意义。文献[2]仅利用电流信息，根据基尔霍夫电流定律将含有分布式电源的配电网中的节点（母线）分类，分为可以直接判断故障位置的节点和需要利用其它节点信息判断故障位置的节点，这样就可以减少通信的数据量。文献[3]分析了分布式电源出力的随机性，通过故障区域的划分，故障类型的判别和故障电流分布的比较，从而确定故障位置。该方案不受分布式电源安装位置、数量和出力变化的影响。文献[4]分析了三相短路时逆变型分布式电源的容量与短路电流数值上近似成正比例关系。针对故障后DG退出运行造成故障电流减小引起保护拒动的问题，提出了按DG容量较小的数值自适应减少电流保护定值来防止保护拒动。文献[5]提出的配电网故障定位的方案仅结合上下级保护限时电流速断是否动作，联合断路器跳闸后保护是否返回来判断故障线路的位置。该方法仅利用了电流的信息，不需要在配电网中加装电压互感器，且不用改变相应的电流保护定值。这些继电保护判据在含有分布式电源的配电网保护中，除了像传统继电保护的整定一样利用保护安装处的故障信息外，还增加了网络中故障信息的交流，综合利用网络中多个节点信息来准确判断故障位置。
文献[6]在国家电网公司和IEEE关于分布式电源接入的相关标准，对实际的含分布式电源的配电网进行了分析，找到了发生短路故障时主电源和分布式电源给短路點提供的短路电流的区别，以此作为故障定位的判据。文献[7]根据了在我国现行关于分布式电源接入配电网的最大容量的限制，分析了含分布式电源配电网中线路发生故障时两侧电流幅值的差异。用线路两侧电流幅值的比值作为保护判据，来反映输电线路上最常见的故障。上述两种保护判据都是基于现行的分布式电源接入标准提出的，这样有利于找出在实际的特定系统中的故障特征，也为含分布式电源的继电保护提供了新的思路。
4.总结
分布式电源接入电网给电力系统的各个方面提出了新的挑战，考虑分布式电源接入的配电网在进行继电保护配置时，也需要找到更合适的保护判据来准确判断故障的位置。本文在简要分析了分布式电源对配电网继电保护的影响的基础上，介绍了含分布式电源配电网继电保护的研究现状。
参考文献
[1]鲍薇，胡学浩等.分布式电源并网标准[J].电网技术，2012.Vol.12，No.11：46-51.
[2]张青杰，陆于平.基于故障相关区域自适应划分的分布式保护新原理[J].电力系统自动化，2008.Vol.32，No.7：39-43.
[3]李乃永，梁军等.考虑分布式电源随机性的配电网保护方案[J].电力系统自动化，2011.Vol.35，No.19：33-38.
[4]余琼，余胜，李晓晖.含分布式电源的配网自适应保护方案[J].电力系统保护与控制，2012.Vol.40，No.5：110-115.
[5]孙景钌，陈荣柱等.含分布式电源配电网的故障定位新方案[J].电网技术，2013.Vol.37，No.6：1645-1650.
[6]刘健，张小庆等.含分布式电源配电网的故障定位[J].电力系统自动化.2013.Vol.37，No.2：36-42.
[7]许偲轩，陆于平等.分布式发电配电网新型充分式保护原理及方案[J].电网技术，2014. Vol.38.No.9：2532-2537.
作者简介：赵辛欣，女，硕士，三峡大学电气与新能源学院讲师，研究方向：电力系统优化运行。
