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摘要：随着人们的生活水平提高，带来了一系列的环境问题。在工业生产过程中，大量的使用化石燃料，导致温室效应变得越来越严重，各国纷纷的开发可再生能源。分布式光伏发电属于可再生能源发电，未来将会成为世界性的能源供应主体。然而，将分布式光伏发电接入配电网，给传统的配电网保护带来了一定的影响，因此，研究配电网继电保护机制具有很重要的现实意义。
关键词：分布式；光伏发电；配电网保护
太阳能作为一种可再生能源已经成为现代能源关注点，光伏发电在世界范围内得到了快速发展。光伏发电可以分为集中式和分布式两种，目前集中式光伏电站已经进入成熟期，而分布式光伏电站刚刚开始大规模发展。当分布式光伏接入配电网后，将使配电网由单一的受电结构变为多电源结构，对配电网系统的继电保护等造成一定的不利影响[1-2]。虽然目前分布式光伏的接入规模不大，影响不明显，但是从发展趋势来看，分布式光伏发展迅速，不提前做好防范，势必会产生不良后果，因此需要对分布式光伏接入对配电网继电保护的影响进行研究。
1 配电网继电保护
现在国内的中低压配电网的供电模式多数是以功率定向流动的辐射式为主，电流和功率在其中的流动方向是单一的，该结构具有多种优点，例如接线可靠、保护的整定值也方便设定、容易扩充等，所以继电保护的配置同样按照这个模式为基础来完成，一般采用三段式过电流保护为主，即无时限电流速断保护、限时电流速断保护和定时限电流保护。
1.1 无时限电流速断保护（电流保护第I段）
其值大于1.3则满足要求。
1.3 定时限电流保护（电流保护第III段）
（1）电流的整定
1）按照躲过本线路最大负荷电流来整定，这样来保证线路正常运行时保护不会误动作。
2）过电流保护的返回电流必须大于短路故障切除后，流过被保护线路的自启动电流，即电动机自启动时不允许保护动作
根据电流继电器动作电流与返回电流之间的关系，有保护装置的整定电流为：
（2）电流保护第III段灵敏度的衡量
为保证在保护范围末端短路时，过电流保护能可靠动作，则动作电流必须按照其保护范围末端的最小短路电流进行校验。当定时限过电流保护作为本级线路的近后备保护时，要求灵敏度不小于1.3～1.5；当定时限过电流保护作为相邻线路的远后备保护时，要求灵敏度不小于1.2。
2 分布式电源对配电网电流保护的影响
由于接入的分布式光伏改变了线路的拓扑结构，使原本配电网中只有系统电源供电的单一电源配电网变为了由包括系统电源和由单一系统电源共同供电的配电网。当被改变后的配电网发生故障时，其短路电流值和流向都会随之改变。所以原来配电网的保护可能不再适用。本文从分布式光伏接入的位置出发，考虑不同位置分布式光伏接入对配电网继电保护的影响。
2.1 配电网馈线始端接入分布式电源
配电网始端为接入点，相当于系统上并入了一个小型电源，如图1所示。对于一般的逆变型分布式电源，其接入配电网相当于接入一个受控电流源，控制量为接入点电压。这种情况相当于加大系统电源总的容量值，会造成短路点故障电流增大，但它并不会改变故障电流的方向。
图1 接入点在馈线始端
因接入始端而造成短路电流增大一般会引起两种后果，会提高保护的灵敏度，但也会引起保护装置误动作。假设F1、F3点发生短路。由于分布式电源的作用，流过继电器P1和P2的短路电流比其没接入前有所增加且提高保护的灵敏度。所以当F1和F3点发生短路时，P1和P3可以更加有效并可靠地切断短路电流。
经仿真计算，6MW分布式光伏接入产生500A以上短路电流，需要对设备进行短路校验，同时调整P1处的电流整定值，以保障P1的选择性。
2.2 配电网馈线中部接入分布式电源
配电网馈线中段为接入点，如图2所示，分析分布式电源接入对配电网电流保护造成的影响。
图2 接入点在馈线中端
如果F2点发生短路，因为分布式电源的接入，使流过P2的短路电流较没有接入前有所增加，保护装置P2的灵敏性会提高。也就是说当F2点发生短路故障时，P2可以更加有效地去除故障。尽管当F2点发生短路时，P1流过来自系统电源提供的短路电流，但由于在整定上P1和P2存在时限上的配合关系，所以P2可先于P1切除短路故障。
对于AD段馈线，从原来的单电源变成双电源供电。当F1点发生短路故障时，短路电流并不流经P3和P4。这就不会对AC线路上的继电保护装置构成影响。而对于AD段线路上，短路电流由两侧电源提供，这时P1会流经系统电源提供的短路电流。因而P1可以有效地切除故障线路。由于短路点在AD线路上，保护P2并不会流经短路电流。尽管保护P1已经切除系统提供的短路电流，但分布式电源仍然会向短路点输入短路电流。若想将其切断，则必须将出分布式电源退出运行。
经仿真计算，6MW分布式光伏接入，F2故障时P1流过的短路电流变化较小，基本不会产生影响。
2.3 配电网馈线末端接入分布式电源
分布式电源接配电网末端，如图3所示，分析此时对配电网继电保护的影响。
图3 接入点在馈线中端
此时可以分两种情况讨论：
（1）若F1点发生非金属性短路接地，且分布式电源提供的、短路电流足够大，这种情况会造成短路点的电压升高。这会使短路点到系统之间的电压差减小。这会影响到P1的灵敏性，严重时会造成P1拒动。
（2）若短路点F1没有金属性接地，若分布式电源容量产生的短路电流足够大且大于P2的动作电流，P1、P2都会动作。但若小电源侧产生的短路电流较小或者保护P2配置电流方向保护，只能将其从系统中解列。F2点发生短路。短路电流同样不流过馈线AC段线路，所以对AC线路上的保护装置不会造成影响。由系统侧产生的短路电流流经P1和P2流向短路点，P2会先于P1跳开。
经仿真计算，F1故障时，6MW分布式光伏接入为P2提供短路电流，可以达到200A以上，必要时需对P2的保护整定值进行重新设定，以避免P2出现误动。
3 结语
分布式光伏发电的应用可以促进国家经济的可持续发展，节约煤炭资源的损耗，使能源结构得到优化。国家也日益重视对分布式光伏发电的建设，所以其技术也取得很大的突破，表现出良好的发展事态。但分布式光伏的接入会对配电网原有的保护装置造成很大的影响，破坏其选择性，灵敏性，可靠性等。本文从接入点位置触发详细分析了分布式光伏对继电保护造成的影响，实际中应当针对这些影响提前对配电网的继电保护进行调整，以保障分布式光伏接入后电网的安全稳定运行。
参考文献：
[1] 毛彦力，朴在林，胡博，等.分布式光伏发电并网对配电网电压分布影响的研究[J].中国农机化学报，2015，36（6）：244-252.
[2] 陈波.分布式光伏电站并网的工程应用思路探讨[J].中国电力教育.2014（12）：222-223.
论文作者:王庆1,单来支1,高运兴1,叶俊1,陈德伟1,严俊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/19
标签：电流论文; 分布式论文; 光伏论文; 配电网论文; 电源论文; 线路论文; 故障论文; 《电力设备》2018年第4期论文;