分布式發電對配電網繼電保護的影響探究

李增慧

近年來，隨著電力科技不斷發展，分布式發電技術得到快速普及與廣泛應用，越來越多的分布式發電系統連接到配電網中。雖然分布式光伏發電是一種可再生能源的有效利用方式，也是較靠近負載端且發電容量比較小的小型發電設備所組成的發電系統，且由于其分布在用電區域周圍，可以節省因電力遠距離輸送造成的電力損耗，甚至可以實現部分分布式發電，但分布式發電連接到配電網中也對配電網的繼電保護產生了一定的影響，例如在電力系統實際運行中，分布式發電可能存在電流倒流、頻率變化和電壓不穩定等問題，容易對配電網繼電保護造成干擾，從而影響配電網的安全穩定運行。

一、分布式發電概況以及對繼電保護造成的影響

（一）分布式發電概況

分布式發電是相對于傳統的集中式發電的另一種發電形式，分布式發電又稱為分散式發電、分散型發電、分散發電。分布式發電主要是分布在用電區附近，是用多種小型發電設備所組成的發電系統，或者連接電網的設備發電和儲能電力系統，用來滿足附近用電區用戶對電能的需求。而分布式發電雖然是獨立的發電系統，但仍然需要與電網系統的配電網連接，屬于電網系統的重要組成部分，而大量的分布式發電與配電網連接，對配電網的繼電保護也造成了一定的影響。

（二）分布式發電對配電網的繼電保護造成的影響

分布式發電之所以被廣泛應用和普及，主要是因為分布式發電的優勢：分布式發電可以減少遠距離輸電造成的電能損失；分布式發電可以為不便于電力遠程輸送的山區就地發電，滿足區域用戶用電需求，供電更加靈活；分布式發電還可以利用風能、太陽能進行發電，可以很好地利用可再生資源進行發電，滿足環保需求；分布式發電還兼備供熱水、供暖以及制冷等多種能源服務功能，供熱水和供暖可以利用發電產生的廢熱來實現，制冷供冷可以通過吸收式冷卻系統來供應。但仍然不能忽略分布式發電與配電網連接后對配電網繼電保護造成的影響。分布式發電在實際應用中，電力企業首先需要了解城鎮規劃區域的整體電力需求和配電網規劃以及繼電保護裝置情況，其次，必須確保電力工程相關技術人員充分了解配電網的設計，特別是分布式發電系統的接入對配電網繼電保護產生的負面影響，并采取措施及時應對，以保障配電網的穩定運行。因為分布式發電系統的接入使得配電網的電網結構變得更加復雜，例如分布式發電并入配電網后，會增加配電網的故障形態和故障點。以下為分布式發電對配電網繼電保護造成的主要影響：

1.傳統的配電網繼電保護裝置難以滿足需求。傳統的配電繼電保護裝置是基于集中式發電的傳統電網上設計的，無法應對分布式發電帶來的新的故障形態和故障點。

2.增加了配電網繼電保護系統的不確定性，在配電網繼電保護裝置設計時，并不確定附近是否需要增加分布式發電系統，所以并不能提前考慮分布式發電接入問題，這會給配電網繼電保護系統帶來一定的不確定因素，給配電網的繼電保護帶來挑戰。

3.對配電網分支保護的影響。在做好配電網繼電保護工作的基礎上，使用熔斷器可以達到極高的保護效果，其在配電網負荷電流超過配電網額定值時形成足夠的火點和熔點。熔斷器一種常用的短路電流保護裝置，用于電路分離以避免電流，也用于配電網中的支路保護以控制支路標準值的電流。其主要工作原理是當支路中初始選擇超過閾值的電流時，電流流過熔體，然后產生熱能使熔體熔化以確定損傷位置。這必須在配電網支路接通配電電流后完成，因為配電網的配電電流和側電流同時向支路供電，電流遠遠超過標準值。但是，由于熔斷器的選擇性熔化，會在上、下支路形成損傷點，對保險絲的保護性能產生負面影響[1]。

對于電力企業和使用分布式發電用戶來說，繼電保護是一項非常關鍵的保障措施。在分布式發電中，繼電保護方案的選擇和設計需要充分考慮分布式發電的特點以及不同的發電類型、容量、位置等因素，以保障電力系統的穩定性和安全性。因此，如何在配電繼電保護方案中充分考慮和應對分布式發電的影響成為亟須解決的問題。

二、 配電網中繼電保護的基本原理以及與分布式發電連接的隱患

配電網繼電保護的基本原理是根據電氣原理和電子技術，利用傳感器感應電氣信息，采集信號，并對信號進行處理和分析，判斷電氣設備的狀態是否正常，一旦電氣設備出現故障或相應指標超出規定范圍，繼電保護會立即切斷故障電路，保護電力設備的安全穩定運行。而配電網中接入分布式發電，對于原有的繼電保護來說，則會產生一系列隱患。

首先，分布式光伏發電使發電機組與配電網之間的能量傳輸難以掌握和控制，影響變電站繼電保護的協調。當配電網發生停電事故時，如果不及時停電處理，可能會導致電網短路故障和設備損壞，造成重大事故；

其次，由于區域分散，分布式光伏發電與配電網的接地方式可能不同，會導致系統接地電壓波動。此時應采取適當的接地措施，保證電路的安全運行；

再次，分布式光伏發電是基于陽光強度的變化，所以在特定時間里，供電可能會超過或低于預期。這可能導致電網過載、不穩定和低電壓等問題，因此，配電網繼電運行過程時，需要考慮光伏發電設備的輸出功率與電網負荷之間的平衡；

最后，分布式光伏發電由于設備分散，會給升壓配電變壓器帶來額外負荷，影響變壓器保護措施。因此，有必要對變壓器的容量、負載、性能、配電情況進行明確的維護，避免負荷過大導致變壓器故障[2]。

三、分布式發電對配電網繼電保護影響因素分析

隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，人們對用電量需求也越來越大，分布式發電越來越受到人們的重視。分布式發電在配電網中具有無污染、可再生、環保等優點，是未來配電網的重要發展方向之一。分布式發電會改變配電網的結構和繼電保護的范圍。利用分布式發電將電力輸送到用戶端，改變了原配電網的系統結構。同時，分布式發電還可能改變配電網繼電保護算法，導致繼電保護范圍對故障區域的覆蓋不準確。分布式發電可能會造成輸電路徑故障，導致繼電保護失效；還可能會增加某些線路損耗和短路電流，從而造成繼電保護裝置失效。分布式發電的連接也會影響配電網的速度。分布式發電在配電網發生故障時，會改變線路的電壓等級和配電情況，使電流和電壓水平降低，導致線路出現故障時無法正確切斷故障區域。分布式發電還可能會改變系統中各部件之間的連接方式和配電網之間的關系，導致配電網系統中存在故障部件，并且無法判斷故障區域。因此，有必要在分布式發電運行前對繼電保護裝置進行配置和調試，以便為提高配電網運行的穩定性奠定基礎[3]。分布式發電對繼電保護的影響因素有很多，以下是其中幾個主要的因素：

（一）發電設備類型及規模。不同類型和規模的分布式發電設備對電力系統的影響也不同。例如風力發電與太陽能光伏發電在電壓波動、頻率偏差、短路等方面所產生的影響就不同；

（二）發電設備的接入方式。分布式發電設備可以采用并網接入方式或獨立運行不接入方式。并網接入方式就要考慮接入后對繼電保護的影響。而獨立運營不接入方式則需要考慮系統獨立運行的問題，所需的電力系統保護技術較為復雜；

（三）電力系統的容量。隨著分布式發電設備的接入，電力系統負載的變化會對系統的電氣環境產生影響，因此需要根據分布式發電的容量和分布情況來進行電力系統的規劃和設計；

（四）電力市場政策。分布式發電涉及新能源利用和電力市場競爭等問題，需要研究和實施相應的政策措施，以保障分布式發電的良好發展和運行。

四、繼電保護的優勢與劣勢分析

（一）優勢

1.適應性好。繼電保護在電力系統中的適用范圍很廣，可以對輸電、變電、配電等各個環節進行保護，可根據需求進行選型和技術調整；

2.響應速度快。繼電保護的響應速度很快，基本可以在電氣故障出現的瞬間采取保護動作，減少了電氣故障的損失。

（二）劣勢

1.技術更新換代速度慢。傳統繼電保護技術長期占據主流地位，沒有及時更新換代。由于新技術的出現和不斷發展，現有繼電保護技術難以滿足新型、高效、高速保護的需求；

2.技術提升的投入成本高。要將現有技術升級為新技術需要投入高額成本，這意味著需要對電力設施進行全面改造或重新建造，成本高；

3.精度問題。繼電保護系統的正常運行和判斷依賴于其準確度，一些操作如誤動、虛動等，會影響其穩定性和精度；

4.高壓直流電網保護問題。近年來，高壓直流電橋得到廣泛應用，但它的保護問題相對復雜，需要技術上的改進與提升[4]。

五、改善分布式發電與配電網繼電保護協同運行的策略

（一）加強配電網線路中繼電保護的設置

分布式光伏并網發電系統主要由光伏組件、逆變器、匯流箱等相關并網配件組成。在實際操作中，光伏組件是重要的光電轉換器件。光伏組件將太陽能轉換成直流電。匯流箱匯總所有光伏組件的電壓和電流，逆變器將直流電轉換成與配電網相位和頻率相同的交流電，為并網提供基礎。隨著分布式光伏發電系統使用范圍的不斷擴大，其產生的剩余電量除了供用戶自用外，還可以并入配電網使用和銷售。在將分布式并網發電系統接入配電網進行電力營銷的過程中，采用了微電網的方式，不需要消耗能源和原材料。在實際選型過程中具有較強的靈活性，其發電過程相對安全穩定，不污染環境。但在實際應用過程中，光伏發電系統的初始投資較大，運行期間的成本也較高。因此，在光伏并網發電系統的實際應用過程中，仍然需要持續的成本控制。為了避免分布式光伏發電系統造成的潛在偏差和電壓波動，可以通過調整線路繼電保護的設置來控制配電網的電壓和電流。為保證分布式光伏發電系統與配電網繼電保護設備之間的良好協同，最大限度地降低系統運維成本，對線路保護整定調整的一些具體建議如下：首先，對于由光伏發電組成的微電網，增大微電網邊界電路短路電流斷路器的額定電流，保證故障發生時及時跳閘。同時，在運行時將微電網與常規電網隔離，提高微電網的穩定性；其次，針對單個分布式光伏發電系統的沖擊，調整負載側故障等電位保護啟動時間，提高故障診斷速度；再次，調整配電變壓器中性點位置，提高接地故障檢測的靈敏度；最后，配電網的繼電保護應采用多級聯鎖邏輯，以確保在系統崩潰時能夠及時準確地切斷故障系統的電源。增加故障事件的記錄和存儲，便于后續的調查和分析。

（二）加強技術、資金方面的政策支持

分布式發電和并網近年來取得了一定的發展成果。各地在享受發展成果的同時，也要了解相關行業的發展情況，合理出臺扶持政策，支持電力行業的可持續發展。技術應用需要政府審批，政府應全面優化相關審批流程，加快分布式光伏電站等分布式發電建設。在政策實施和推進層面，政府應以當地經濟發展水平為參考，合理調整不同方向政策實施的優先順序，為本地區各類發電項目的建設和發展提供保障。通過政策補貼吸引投資者的方式也屬于政府援助。分布式光伏發電并網項目建設涉及分布式光伏并網技術和系統的應用，以及配電網繼電保護設備的更新換代，會受到投資者預期投資回報水平和周邊能源應用企業用電需求的影響。為進一步提高分布式光伏發電并網效率和繼電保護功能的穩定性，政府可對發電價格提供相應補貼，補貼金額可在綜合計算電力需求和建設成本的基礎上進行計算。政府在提供補貼的同時，需要對光伏發電建設的投資者給予相應的獎勵。對于補貼申請、分配等工作，要設立監督崗位，做好相應的監督工作。區域電力企業的發展轉型，以及電力產業的結構優化，都與分布式光伏并網的發展密切相關。地方政府要積極解決相應產業結構優化問題，為產業結構優化發展提供支持。對于棄光限電地區，政府應實施保障收購政策，增強區域能源發展的穩定性。

結束語

綜上所述，分布式發電對配電網繼電保護產生了顯著影響。它增加了配電網繼電保護的復雜性，改變了電流和電壓特性，影響了故障電流路徑，并對過電流保護的靈敏度和方向保護的可靠性產生了影響。為了有效應對這些影響，需要采取相應的繼電保護方案。智能保護和自適應保護策略、基于通信和信息技術的保護方案以及繼電保護設備的協同工作是解決方案的重要組成部分。然而，我們仍然面臨一些挑戰，如增加通信和數據處理負荷、多個發電源之間的協調問題以及改進保護設備和算法的需求。未來的研究應著重于解決這些挑戰，并進一步優化分布式發電系統的繼電保護方案，以確保配電網的安全穩定運行。