分布式发电对配电网继电保护的影响探究

李增慧

近年来，随着电力科技不断发展，分布式发电技术得到快速普及与广泛应用，越来越多的分布式发电系统连接到配电网中。虽然分布式光伏发电是一种可再生能源的有效利用方式，也是较靠近负载端且发电容量比较小的小型发电设备所组成的发电系统，且由于其分布在用电区域周围，可以节省因电力远距离输送造成的电力损耗，甚至可以实现部分分布式发电，但分布式发电连接到配电网中也对配电网的继电保护产生了一定的影响，例如在电力系统实际运行中，分布式发电可能存在电流倒流、频率变化和电压不稳定等问题，容易对配电网继电保护造成干扰，从而影响配电网的安全稳定运行。

一、分布式发电概况以及对继电保护造成的影响

（一）分布式发电概况

分布式发电是相对于传统的集中式发电的另一种发电形式，分布式发电又称为分散式发电、分散型发电、分散发电。分布式发电主要是分布在用电区附近，是用多种小型发电设备所组成的发电系统，或者连接电网的设备发电和储能电力系统，用来满足附近用电区用户对电能的需求。而分布式发电虽然是独立的发电系统，但仍然需要与电网系统的配电网连接，属于电网系统的重要组成部分，而大量的分布式发电与配电网连接，对配电网的继电保护也造成了一定的影响。

（二）分布式发电对配电网的继电保护造成的影响

分布式发电之所以被广泛应用和普及，主要是因为分布式发电的优势：分布式发电可以减少远距离输电造成的电能损失；分布式发电可以为不便于电力远程输送的山区就地发电，满足区域用户用电需求，供电更加灵活；分布式发电还可以利用风能、太阳能进行发电，可以很好地利用可再生资源进行发电，满足环保需求；分布式发电还兼备供热水、供暖以及制冷等多种能源服务功能，供热水和供暖可以利用发电产生的废热来实现，制冷供冷可以通过吸收式冷却系统来供应。但仍然不能忽略分布式发电与配电网连接后对配电网继电保护造成的影响。分布式发电在实际应用中，电力企业首先需要了解城镇规划区域的整体电力需求和配电网规划以及继电保护装置情况，其次，必须确保电力工程相关技术人员充分了解配电网的设计，特别是分布式发电系统的接入对配电网继电保护产生的负面影响，并采取措施及时应对，以保障配电网的稳定运行。因为分布式发电系统的接入使得配电网的电网结构变得更加复杂，例如分布式发电并入配电网后，会增加配电网的故障形态和故障点。以下为分布式发电对配电网继电保护造成的主要影响：

1.传统的配电网继电保护装置难以满足需求。传统的配电继电保护装置是基于集中式发电的传统电网上设计的，无法应对分布式发电带来的新的故障形态和故障点。

2.增加了配电网继电保护系统的不确定性，在配电网继电保护装置设计时，并不确定附近是否需要增加分布式发电系统，所以并不能提前考虑分布式发电接入问题，这会给配电网继电保护系统带来一定的不确定因素，给配电网的继电保护带来挑战。

3.对配电网分支保护的影响。在做好配电网继电保护工作的基础上，使用熔断器可以达到极高的保护效果，其在配电网负荷电流超过配电网额定值时形成足够的火点和熔点。熔断器一种常用的短路电流保护装置，用于电路分离以避免电流，也用于配电网中的支路保护以控制支路标准值的电流。其主要工作原理是当支路中初始选择超过阈值的电流时，电流流过熔体，然后产生热能使熔体熔化以确定损伤位置。这必须在配电网支路接通配电电流后完成，因为配电网的配电电流和侧电流同时向支路供电，电流远远超过标准值。但是，由于熔断器的选择性熔化，会在上、下支路形成损伤点，对保险丝的保护性能产生负面影响[1]。

对于电力企业和使用分布式发电用户来说，继电保护是一项非常关键的保障措施。在分布式发电中，继电保护方案的选择和设计需要充分考虑分布式发电的特点以及不同的发电类型、容量、位置等因素，以保障电力系统的稳定性和安全性。因此，如何在配电继电保护方案中充分考虑和应对分布式发电的影响成为亟须解决的问题。

二、 配电网中继电保护的基本原理以及与分布式发电连接的隐患

配电网继电保护的基本原理是根据电气原理和电子技术，利用传感器感应电气信息，采集信号，并对信号进行处理和分析，判断电气设备的状态是否正常，一旦电气设备出现故障或相应指标超出规定范围，继电保护会立即切断故障电路，保护电力设备的安全稳定运行。而配电网中接入分布式发电，对于原有的继电保护来说，则会产生一系列隐患。

首先，分布式光伏发电使发电机组与配电网之间的能量传输难以掌握和控制，影响变电站继电保护的协调。当配电网发生停电事故时，如果不及时停电处理，可能会导致电网短路故障和设备损坏，造成重大事故；

其次，由于区域分散，分布式光伏发电与配电网的接地方式可能不同，会导致系统接地电压波动。此时应采取适当的接地措施，保证电路的安全运行；

再次，分布式光伏发电是基于阳光强度的变化，所以在特定时间里，供电可能会超过或低于预期。这可能导致电网过载、不稳定和低电压等问题，因此，配电网继电运行过程时，需要考虑光伏发电设备的输出功率与电网负荷之间的平衡；

最后，分布式光伏发电由于设备分散，会给升压配电变压器带来额外负荷，影响变压器保护措施。因此，有必要对变压器的容量、负载、性能、配电情况进行明确的维护，避免负荷过大导致变压器故障[2]。

三、分布式发电对配电网继电保护影响因素分析

随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对用电量需求也越来越大，分布式发电越来越受到人们的重视。分布式发电在配电网中具有无污染、可再生、环保等优点，是未来配电网的重要发展方向之一。分布式发电会改变配电网的结构和继电保护的范围。利用分布式发电将电力输送到用户端，改变了原配电网的系统结构。同时，分布式发电还可能改变配电网继电保护算法，导致继电保护范围对故障区域的覆盖不准确。分布式发电可能会造成输电路径故障，导致继电保护失效；还可能会增加某些线路损耗和短路电流，从而造成继电保护装置失效。分布式发电的连接也会影响配电网的速度。分布式发电在配电网发生故障时，会改变线路的电压等级和配电情况，使电流和电压水平降低，导致线路出现故障时无法正确切断故障区域。分布式发电还可能会改变系统中各部件之间的连接方式和配电网之间的关系，导致配电网系统中存在故障部件，并且无法判断故障区域。因此，有必要在分布式发电运行前对继电保护装置进行配置和调试，以便为提高配电网运行的稳定性奠定基础[3]。分布式发电对继电保护的影响因素有很多，以下是其中几个主要的因素：

（一）发电设备类型及规模。不同类型和规模的分布式发电设备对电力系统的影响也不同。例如风力发电与太阳能光伏发电在电压波动、频率偏差、短路等方面所产生的影响就不同；

（二）发电设备的接入方式。分布式发电设备可以采用并网接入方式或独立运行不接入方式。并网接入方式就要考虑接入后对继电保护的影响。而独立运营不接入方式则需要考虑系统独立运行的问题，所需的电力系统保护技术较为复杂；

（三）电力系统的容量。随着分布式发电设备的接入，电力系统负载的变化会对系统的电气环境产生影响，因此需要根据分布式发电的容量和分布情况来进行电力系统的规划和设计；

（四）电力市场政策。分布式发电涉及新能源利用和电力市场竞争等问题，需要研究和实施相应的政策措施，以保障分布式发电的良好发展和运行。

四、继电保护的优势与劣势分析

（一）优势

1.适应性好。继电保护在电力系统中的适用范围很广，可以对输电、变电、配电等各个环节进行保护，可根据需求进行选型和技术调整；

2.响应速度快。继电保护的响应速度很快，基本可以在电气故障出现的瞬间采取保护动作，减少了电气故障的损失。

（二）劣势

1.技术更新换代速度慢。传统继电保护技术长期占据主流地位，没有及时更新换代。由于新技术的出现和不断发展，现有继电保护技术难以满足新型、高效、高速保护的需求；

2.技术提升的投入成本高。要将现有技术升级为新技术需要投入高额成本，这意味着需要对电力设施进行全面改造或重新建造，成本高；

3.精度问题。继电保护系统的正常运行和判断依赖于其准确度，一些操作如误动、虚动等，会影响其稳定性和精度；

4.高压直流电网保护问题。近年来，高压直流电桥得到广泛应用，但它的保护问题相对复杂，需要技术上的改进与提升[4]。

五、改善分布式发电与配电网继电保护协同运行的策略

（一）加强配电网线路中继电保护的设置

分布式光伏并网发电系统主要由光伏组件、逆变器、汇流箱等相关并网配件组成。在实际操作中，光伏组件是重要的光电转换器件。光伏组件将太阳能转换成直流电。汇流箱汇总所有光伏组件的电压和电流，逆变器将直流电转换成与配电网相位和频率相同的交流电，为并网提供基础。随着分布式光伏发电系统使用范围的不断扩大，其产生的剩余电量除了供用户自用外，还可以并入配电网使用和销售。在将分布式并网发电系统接入配电网进行电力营销的过程中，采用了微电网的方式，不需要消耗能源和原材料。在实际选型过程中具有较强的灵活性，其发电过程相对安全稳定，不污染环境。但在实际应用过程中，光伏发电系统的初始投资较大，运行期间的成本也较高。因此，在光伏并网发电系统的实际应用过程中，仍然需要持续的成本控制。为了避免分布式光伏发电系统造成的潜在偏差和电压波动，可以通过调整线路继电保护的设置来控制配电网的电压和电流。为保证分布式光伏发电系统与配电网继电保护设备之间的良好协同，最大限度地降低系统运维成本，对线路保护整定调整的一些具体建议如下：首先，对于由光伏发电组成的微电网，增大微电网边界电路短路电流断路器的额定电流，保证故障发生时及时跳闸。同时，在运行时将微电网与常规电网隔离，提高微电网的稳定性；其次，针对单个分布式光伏发电系统的冲击，调整负载侧故障等电位保护启动时间，提高故障诊断速度；再次，调整配电变压器中性点位置，提高接地故障检测的灵敏度；最后，配电网的继电保护应采用多级联锁逻辑，以确保在系统崩溃时能够及时准确地切断故障系统的电源。增加故障事件的记录和存储，便于后续的调查和分析。

（二）加强技术、资金方面的政策支持

分布式发电和并网近年来取得了一定的发展成果。各地在享受发展成果的同时，也要了解相关行业的发展情况，合理出台扶持政策，支持电力行业的可持续发展。技术应用需要政府审批，政府应全面优化相关审批流程，加快分布式光伏电站等分布式发电建设。在政策实施和推进层面，政府应以当地经济发展水平为参考，合理调整不同方向政策实施的优先顺序，为本地区各类发电项目的建设和发展提供保障。通过政策补贴吸引投资者的方式也属于政府援助。分布式光伏发电并网项目建设涉及分布式光伏并网技术和系统的应用，以及配电网继电保护设备的更新换代，会受到投资者预期投资回报水平和周边能源应用企业用电需求的影响。为进一步提高分布式光伏发电并网效率和继电保护功能的稳定性，政府可对发电价格提供相应补贴，补贴金额可在综合计算电力需求和建设成本的基础上进行计算。政府在提供补贴的同时，需要对光伏发电建设的投资者给予相应的奖励。对于补贴申请、分配等工作，要设立监督岗位，做好相应的监督工作。区域电力企业的发展转型，以及电力产业的结构优化，都与分布式光伏并网的发展密切相关。地方政府要积极解决相应产业结构优化问题，为产业结构优化发展提供支持。对于弃光限电地区，政府应实施保障收购政策，增强区域能源发展的稳定性。

结束语

综上所述，分布式发电对配电网继电保护产生了显著影响。它增加了配电网继电保护的复杂性，改变了电流和电压特性，影响了故障电流路径，并对过电流保护的灵敏度和方向保护的可靠性产生了影响。为了有效应对这些影响，需要采取相应的继电保护方案。智能保护和自适应保护策略、基于通信和信息技术的保护方案以及继电保护设备的协同工作是解决方案的重要组成部分。然而，我们仍然面临一些挑战，如增加通信和数据处理负荷、多个发电源之间的协调问题以及改进保护设备和算法的需求。未来的研究应着重于解决这些挑战，并进一步优化分布式发电系统的继电保护方案，以确保配电网的安全稳定运行。