（江西省电力设计院 江西南昌 330096）
摘要：本文将对常规继电保护方案存在的问题进行分析，并研究适用于分布式电源接入配电网后的继电保护策略。
关键词：分布式电源；保护方案；防孤岛保护；本体保护
引言
分布式电源接入配电网后，对配电网主要有以下三方面影响：第一，光伏、风机、微燃机、蓄电池等分布式电源接入配电网后，配电网变为多侧电源结构；第二，分布式电源多采用电力电子逆变器，其运行特性与常规电源差别很大，分布式电源提供的故障电流较小，尤其在系统扰动期间，由于其低电压穿越能力较低可能导致自行脱网；第三，分布式电源接入配电网后，配电网存在非计划孤岛情况。因此，分布式电源接入配电网后，常规配电网保护不再适用。本文针对配电网的结构和分布式电源的运行特性，对分布式电源接入配电网后各种继电保护策略进行了研究。
1 常规继电保护方案存在的问题
本文研究的典型配电网网络结构见图1，其中K0~K12为可控断路器，F1~F6为故障点。
(1) 保护设备配置分析：在主网K1处配置距离保护；在各断路器K0~K12处配置阶段式过流保护。
(2) 对于含有分布式电源的配电网，针对图1配电网网络结构，常规继电保护配置方案存在如下问题。
1）主网故障
当F1处故障时，K1处的距离保护断开断路器K1，但配电网中的分布式电源会通过断路器K1.1向故障点F1提供短路电流，由于配电网中的分布式电源多采用电力电子逆变器，能提供的短路电流较小，K1.1的短路电流不足以启动该点的过流保护，最终将导致分布式电源自身保护动作，造成配电网内不必要的停电。
2）备自投
分布式电源的接入对备自投装置正确动作有很大影响，当断路器K1或K1.1断开时，该回进线失电，当备自投装置检测到M1母线失压、M2母线有电压时，将闭合断路器K1.2。但由于分布式电源存在，M1母线电压可能不为0，可能导致备自投装置检无压失败；同时由于分布式电源没有脱网，备自投进行电源切换时可能导致非同期合闸，对系统造成冲击。
3）配电网内部故障
当F5处故障时，断路器K5的过流保护本应作为断路器K6的后备保护，依据电流整定值实现选择性。如果断路器K6失灵，由于K5.1接入的分布式电源向故障点提供短路电流，流过K5的短路电流较小，可能使得K5的过流保护无法动作，只能延长保护动作时间。由于分布式电源提供短路电流时间较短，如果故障不能及时切除，会导致配电网内分布式电源自身的低频或低压保护动作，造成不必要的电源损失。
2 环网差动保护
配电网环网差动保护采集配电网内各个断路器的电压、电流和开闭位置信息，对各子区域进行差流计算，以快速定位故障点，并控制故障区域相关断路器断开以隔离故障点，尽量减少停电区域。根据不同的运行方式，环网保护应预置不同的保护定值配置，具体如下.
（1）当某个子区域各支路均具有可控断路器时，如果该区域内各节点之间的差流大于0，可判定该区域出现短路故障。当F4处故障时，K5、K6、K5.1、K5.2的矢量电流之和大于0，环网保护控制上述断路器断开以隔离故障点；当F5处故障时，K6、K7、K6.1、K6.2的矢量电流之和大于0，环网保护控制上述断路器断开以隔离故障点。
（2）当某个子区域存在独立支路（该支路无可控断路器）时，如果该区域内各节点之间的差流大于独立分支的最大负荷电流之和时，可判定该区域出现短路故障，例如：当F2处故障时，K3、K4、K3.1的矢量电流之和大于其间三个独立支路的最大负荷电流之和，环网保护控制上述断路器断开以隔离故障点。
（3）对于末端区域，当流经末端断路器的电流大于末端各独立分支的最大负荷电流之和时，可判定该区域出现短路故障。例如：当F6处故障时，流经K7.2的电流大于末端三个独立分支的最大负荷电流之和，环网保护控制K7.2断开以隔离故障点。
3 后备保护及保护动作时序配合
除配电网环网差动保护外，在配电网内各断路器处配置阶段式过流保护，主要实现以下功能。
1）配电网环网差动保护对通信通道的可靠性依赖较大，在通信中断时主要由过流保护实现对配电网的保护。
2）在断路器失灵或环网差动保护拒动时作为系统后备保护。
3）实现重合闸功能。
4）在环网保护区外的支路出现故障时，由该支路的过流保护切除故障。
5）对于负荷支路，保护还应具备低频、低压减负荷功能。
配电网各分布式电源逆变器配置有本体保护，包括低电压保护、过电压保护、过流速断保护、低频保护、高频保护等。配电网环网差动保护、各断路器过流保护以及分布式电源本体保护存在动作时序配合关系。具体如下：配电网环网差动保护在故障发生后20ms内判别故障区域并发出跳闸指令；当故障发生后200ms故障点仍未隔离，可判断断路器失灵或环网保护拒动，断路器过流保护动作；当故障发生后500ms故障点仍未隔离，分布式电源本体保护动作。配电网各保护动作时序配合见图2。
当配电网与主网并网运行时，系统等值阻抗Z2较小，测量电压Vout较小；当配电网处于孤岛运行时，系统等值阻抗Z2较大，测量电压Vout较大。通过检测测量电压Vout即可判断配电网运行状态。在配电网与主网失去联系后，防孤岛保护将配电网内各分布式电源断开，以防止非计划孤岛运行状态的发生。
5 结论
本文针对配电网的结构和分布式电源的运行特性，对分布式电源接入配电网后各种继电保护策略进行了研究，通过建设以环网差动保护为主保护、以断路器阶段式过流保护和分布式电源本体保护为后备保护、以防孤岛保护为并网点保护的多层次保护体系结构，并通过各种保护动作时序的有效配合，在故障后快速定位并隔离故障点，尽量减少停电区域和电源损失，保证配电网安全稳定运行以及运行维护人员的人身安全，实现配电网经济效益、社会效益和环境效益的最大化。
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论文作者:闫照云,傅裕
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/22
标签：分布式论文; 断路器论文; 电源论文; 故障论文; 配电网论文; 电流论文; 环网论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;