分布式电源系统在配电网中的故障问题及其相应的处理技术

熊 玲，蒋芝寒

（国网江苏电力有限公司镇江供电分公司，江苏 镇江 212000）

0 引 言

随着可再生能源的不断普及和清洁能源的需求增加，分布式电源系统在电力配电网中越来越重要。分布式电源主要分布在城市、农村和工业区域，为电力系统提供分散的能源供应。虽然分布式电源系统有助于降低碳排放，提高电力系统的韧性和可靠性，但也引入了新的挑战，如故障处理等。文章将深入探讨含分布式电源的配电网故障，从而提供一些处理技术和解决方案。

1 含分布式电源的配电网故障

1.1 短路故障

在包含分布式电源的配电网系统中，常见的电力故障为短路故障，具体表现为：第一，短路故障通常会导致电路中的电流急剧增加，当电流找到一条更短的路径来流动时，绕过正常的电路元件和负载，可能会导致电流超过电路元件和导线的额定容量；第二，由于大量电流在短路点流动，电压通常会在发生短路故障的地方急剧下降，可能会导致电路中其他部分的电压下降，从而影响其他设备和负载的正常运行；第三，短路点的电流流动可能会引发高温和火花，尤其是短路点在接线盒、插座或设备附近，可能会导致火灾或设备损坏；第四，短路故障可能导致电力系统部分停电或全部停电，特别是在保护装置（如断路器）起作用时；第五，在某些情况下，短路故障可能伴随声音或明显的闪光，是由电流流动引发的电弧放电或其他物理效应[1]。

1.2 电压不稳定

含有分布式电源的配电网系统中，电压不稳定可能表现为以下几种情况：第一，电压在短时间内出现快速的波动或变化。这种波动可以是周期性的，也可以是非周期性的；第二，电压周期性地上升和下降，超出正常范围，影响与电压相关的设备和负载；第三，电压在短时间内变得异常高或异常低，可能导致设备损坏或性能下降；第四，三相电压之间的差异增加，导致电压不平衡，这可能会造成三相负载分配不均匀，影响电动机性能；第五，电网频率（通常为50 Hz/60 Hz）出现波动，导致电压波动，可能影响时钟和设备同步。含分布式电源的配电网保护影响机理及故障定位如图1 所示。

图1 含分布式电源的配电网保护影响机理及故障定位

1.3 过载问题

分布式电源指分布在配电网中的小型电力发电设备，通常包括太阳能光伏系统、风力发电机及燃料电池等。在分布式电源系统中，如果发生故障，可能会出现过载问题，具体表现在以下几个方面：第一，过载问题最常见的表现是电流超过电线、开关和设备的额定容量，导致电流传输超负荷，从而导致线路和设备受损，甚至引发火灾风险；第二，过载问题可能会导致系统电压下降，影响其他用户的电力供应，电压降低可能会导致照明设备变暗、电机运行不稳定以及其他设备性能下降；第三，过载问题可能会导致线路、开关和电缆变得异常热，造成绝缘材料老化和破损，引发火灾风险；第四，过载问题可能对分布式电源系统中的设备产生不利影响，如逆变器、发电机或电池组可能因长时间超负荷运行而损坏或过热；第五，过载问题会导致保护装置（如熔断器或断路器）跳闸，以保护线路和设备不受损害，从而导致与故障相关的区域或设备失去电力供应[2]。

1.4 倒流问题

含有分布式电源的配电网中，倒流问题指分布式电源系统向电网反向供电的情况。倒流问题的具体表现包括：第一，正常情况下，电网向用户提供电力，但发生倒流问题时，分布式电源系统产生的电能流经逆变器或其他装置向电网供电，可能会导致电流流向与正常情况相反；第二，倒流问题可能导致电网电压升高，尤其是分布式电源的电流注入超过电网容量时，这可能会导致电网过电压，损害电网设备和导线；第三，倒流问题可能会导致电网不稳定，特别是在大规模分布式电源系统注入电流时，这可能会导致频率和电压波动，影响其他用户的电力质量；第四，倒流问题可能会导致潜在的逆功率问题，即分布式电源系统消耗能源而不是提供电能，这可能会导致分布式电源系统在发电能力下降时，不再为电网提供支持，导致电网操作不稳定。

2 含分布式电源的配电网故障处理技术

2.1 短路故障的处理技术

在新能源分布式电源系统（如太阳能和风能）的广泛应用下，研究含分布式电源的短路故障处理技术至关重要。分布式电源系统的短路故障可能会导致电力系统的可靠性下降和供电中断，因此需要采用一些先进的技术来处理短路故障。利用智能设备和传感技术，可以实时监测配电网故障点，识别短路故障的位置和类型，以便更快速进行修复。在检测到短路时，可以通过分布式电源系统的智能控制，迅速断开电路，以减小故障影响。一旦故障得到解决，分布式电源可以重新连接配电网，恢复供电。在分布式电源系统中，可以构建微网，在配电网发生短路时独立运行。微网可以使用局部电源和储能系统进行供电，确保关键负载不中断。使用短路电流限制器来限制短路电流的大小，以减小故障对配电网的影响。这些装置可以安装在分布式电源系统的连接点，以控制电流并保护设备。利用远程监控和管理系统，可以实时监测配电网状态，并迅速响应短路事件，自动采取措施，最小化供电中断时间。通过部署智能保护设备，可以根据短路的位置和类型自动切断相应电路，隔离故障点，从而缩小故障范围。在处理含分布式电源的短路故障时，需要综合考虑电力系统的复杂性，采用先进的技术和设备，以确保电力系统的可靠性和稳定性。通过不断发展和应用这些技术，有助于推动分布式电源系统的广泛使用，降低电力系统的脆弱性[3]。

2.2 电压不稳定的处理技术

处理含分布式电源的配电网电压不稳定问题时，需要采取综合性方法，以确保电力供应的可靠性和质量。电压不稳定的处理技术和方法包含以下几点：第一，使用电压调节器来控制电压波动，可以监测电压，并在必要时提供稳定的电压输出；第二，建立高级监测和控制系统，可以实时监测电压，并根据需求调整分布式电源系统的运行，维持电压稳定；第三，采用分布式能源调度策略，确保分布式能源系统以一种平滑和可预测的方式注入电力，减少电压波动；第四，通过部署高精度电压监测装置，实时监测电压的变化，从而更及时地采取措施；第五，优化分布式能源系统的逆变器控制策略，确保电压和频率的稳定性；第六，使用多电源供电策略，包括分布式电源、储能系统及传统电力系统，通过提供备用电源来稳定电压；第七，升级电网容量，容纳分布式电源系统注入的电流，减少电压波动；第八，实施负载侧管理策略，根据电压水平调整负载需求，减少电压波动。

2.3 过载问题的处理技术

处理含分布式电源的配电网过载问题时，需要综合考虑传统电力系统和分布式电源系统的特点。过载问题的处理技术和方法包含以下几点：第一，实施负载管理策略，实时监控和控制分布式能源系统，以平衡分布式电源系统的电力输出与负载需求；第二，使用智能控制系统，根据负载需求和分布式能源的可用性，动态配置电力，避免过载；第三，使用数据分析和预测模型，规划分布式电源系统的容量，以满足未来负载需求；第四，分散式管理电源，确保分布式电源系统的管理和控制能够快速响应负载变化，避免过载；第五，部署储能系统，在负载波动时存储多余电力，并在需要时释放，有助于平衡电力供需，防止过载；第六，使用预警系统提前发现潜在的过载问题，并采取适当的措施避免问题发生；第七，升级电路和设备，提高容量，以应对增加的负载需求；第八，适当使用过流保护装置，如断路器或熔断器，保护电路和设备免受过载影响；第九，部署高精度监测设备，以实时监测电流和负载水平、电力系统运行情况；第十，考虑非常规电力传输技术，如柔性直流输电或超导电力输电，以提高电力输送能力[4]。

2.4 倒流问题的处理技术

在含分布式电源的配电网中，倒流问题可能会导致配电网不稳定和运行问题。倒流问题的处理技术和方法包括以下几点：第一，使用反向功率保护装置监测电流方向，在检测到倒流问题时切断电路，防止分布式电源系统向电网供电；第二，优化分布式电源系统的逆变器控制策略，确保能够根据配电网需求提供电力，而不是反向供电；第三，调整分布式电源系统的频率响应，在电网频率下降时降低电力输出，有助于维持电网频率稳定；第四，确保分布式电源系统具有电网同步功能，在电网电压或频率下降时，停止电力注入；第五，升级电网容量，容纳分布式电源系统注入的电流，以减轻倒流问题；第六，优化分布式电源系统的功率因数，减少无功功率的注入，从而降低电流倒流的风险；第七，采用灵活运营策略，根据电网需求和负载变化调整分布式电源系统的电力输出；第八，制定适当的电网规范和政策，规范分布式电源系统的运行和互动，以减少倒流问题的发生。处理倒流问题需要电力系统运营者、电力公司以及分布式电源系统运营商之间密切合作与协调。采用这些技术和方法可以降低倒流问题对电网的影响，确保电力系统的可靠性和稳定性[5]。

3 结 论

分布式电源是现代能源系统中不可或缺的组成部分，能够提高电力供应的灵活性和可靠性。然而分布式电源系统也引入了新的挑战，包括短路故障、电压不稳定、过载问题以及倒流问题等。随着分布式电源系统的快速增长和普及，为开发更加智能、高效、可持续的电力系统带来新机遇。为实现这一目标，需要采用先进的技术和策略来处理分布式电源系统可能面临的各种故障。未来通过更多的技术创新与进步，进一步优化分布式电源系统的性能，推动清洁能源的应用，确保电力供应的可靠性。