分布式電源系統在配電網中的故障問題及其相應的處理技術

熊 玲，蔣芝寒

（國網江蘇電力有限公司鎮江供電分公司，江蘇 鎮江 212000）

0 引 言

隨著可再生能源的不斷普及和清潔能源的需求增加，分布式電源系統在電力配電網中越來越重要。分布式電源主要分布在城市、農村和工業區域，為電力系統提供分散的能源供應。雖然分布式電源系統有助于降低碳排放，提高電力系統的韌性和可靠性，但也引入了新的挑戰，如故障處理等。文章將深入探討含分布式電源的配電網故障，從而提供一些處理技術和解決方案。

1 含分布式電源的配電網故障

1.1 短路故障

在包含分布式電源的配電網系統中，常見的電力故障為短路故障，具體表現為：第一，短路故障通常會導致電路中的電流急劇增加，當電流找到一條更短的路徑來流動時，繞過正常的電路元件和負載，可能會導致電流超過電路元件和導線的額定容量；第二，由于大量電流在短路點流動，電壓通常會在發生短路故障的地方急劇下降，可能會導致電路中其他部分的電壓下降，從而影響其他設備和負載的正常運行；第三，短路點的電流流動可能會引發高溫和火花，尤其是短路點在接線盒、插座或設備附近，可能會導致火災或設備損壞；第四，短路故障可能導致電力系統部分停電或全部停電，特別是在保護裝置（如斷路器）起作用時；第五，在某些情況下，短路故障可能伴隨聲音或明顯的閃光，是由電流流動引發的電弧放電或其他物理效應[1]。

1.2 電壓不穩定

含有分布式電源的配電網系統中，電壓不穩定可能表現為以下幾種情況：第一，電壓在短時間內出現快速的波動或變化。這種波動可以是周期性的，也可以是非周期性的；第二，電壓周期性地上升和下降，超出正常范圍，影響與電壓相關的設備和負載；第三，電壓在短時間內變得異常高或異常低，可能導致設備損壞或性能下降；第四，三相電壓之間的差異增加，導致電壓不平衡，這可能會造成三相負載分配不均勻，影響電動機性能；第五，電網頻率（通常為50 Hz/60 Hz）出現波動，導致電壓波動，可能影響時鐘和設備同步。含分布式電源的配電網保護影響機理及故障定位如圖1 所示。

圖1 含分布式電源的配電網保護影響機理及故障定位

1.3 過載問題

分布式電源指分布在配電網中的小型電力發電設備，通常包括太陽能光伏系統、風力發電機及燃料電池等。在分布式電源系統中，如果發生故障，可能會出現過載問題，具體表現在以下幾個方面：第一，過載問題最常見的表現是電流超過電線、開關和設備的額定容量，導致電流傳輸超負荷，從而導致線路和設備受損，甚至引發火災風險；第二，過載問題可能會導致系統電壓下降，影響其他用戶的電力供應，電壓降低可能會導致照明設備變暗、電機運行不穩定以及其他設備性能下降；第三，過載問題可能會導致線路、開關和電纜變得異常熱，造成絕緣材料老化和破損，引發火災風險；第四，過載問題可能對分布式電源系統中的設備產生不利影響，如逆變器、發電機或電池組可能因長時間超負荷運行而損壞或過熱；第五，過載問題會導致保護裝置（如熔斷器或斷路器）跳閘，以保護線路和設備不受損害，從而導致與故障相關的區域或設備失去電力供應[2]。

1.4 倒流問題

含有分布式電源的配電網中，倒流問題指分布式電源系統向電網反向供電的情況。倒流問題的具體表現包括：第一，正常情況下，電網向用戶提供電力，但發生倒流問題時，分布式電源系統產生的電能流經逆變器或其他裝置向電網供電，可能會導致電流流向與正常情況相反；第二，倒流問題可能導致電網電壓升高，尤其是分布式電源的電流注入超過電網容量時，這可能會導致電網過電壓，損害電網設備和導線；第三，倒流問題可能會導致電網不穩定，特別是在大規模分布式電源系統注入電流時，這可能會導致頻率和電壓波動，影響其他用戶的電力質量；第四，倒流問題可能會導致潛在的逆功率問題，即分布式電源系統消耗能源而不是提供電能，這可能會導致分布式電源系統在發電能力下降時，不再為電網提供支持，導致電網操作不穩定。

2 含分布式電源的配電網故障處理技術

2.1 短路故障的處理技術

在新能源分布式電源系統（如太陽能和風能）的廣泛應用下，研究含分布式電源的短路故障處理技術至關重要。分布式電源系統的短路故障可能會導致電力系統的可靠性下降和供電中斷，因此需要采用一些先進的技術來處理短路故障。利用智能設備和傳感技術，可以實時監測配電網故障點，識別短路故障的位置和類型，以便更快速進行修復。在檢測到短路時，可以通過分布式電源系統的智能控制，迅速斷開電路，以減小故障影響。一旦故障得到解決，分布式電源可以重新連接配電網，恢復供電。在分布式電源系統中，可以構建微網，在配電網發生短路時獨立運行。微網可以使用局部電源和儲能系統進行供電，確保關鍵負載不中斷。使用短路電流限制器來限制短路電流的大小，以減小故障對配電網的影響。這些裝置可以安裝在分布式電源系統的連接點，以控制電流并保護設備。利用遠程監控和管理系統，可以實時監測配電網狀態，并迅速響應短路事件，自動采取措施，最小化供電中斷時間。通過部署智能保護設備，可以根據短路的位置和類型自動切斷相應電路，隔離故障點，從而縮小故障范圍。在處理含分布式電源的短路故障時，需要綜合考慮電力系統的復雜性，采用先進的技術和設備，以確保電力系統的可靠性和穩定性。通過不斷發展和應用這些技術，有助于推動分布式電源系統的廣泛使用，降低電力系統的脆弱性[3]。

2.2 電壓不穩定的處理技術

處理含分布式電源的配電網電壓不穩定問題時，需要采取綜合性方法，以確保電力供應的可靠性和質量。電壓不穩定的處理技術和方法包含以下幾點：第一，使用電壓調節器來控制電壓波動，可以監測電壓，并在必要時提供穩定的電壓輸出；第二，建立高級監測和控制系統，可以實時監測電壓，并根據需求調整分布式電源系統的運行，維持電壓穩定；第三，采用分布式能源調度策略，確保分布式能源系統以一種平滑和可預測的方式注入電力，減少電壓波動；第四，通過部署高精度電壓監測裝置，實時監測電壓的變化，從而更及時地采取措施；第五，優化分布式能源系統的逆變器控制策略，確保電壓和頻率的穩定性；第六，使用多電源供電策略，包括分布式電源、儲能系統及傳統電力系統，通過提供備用電源來穩定電壓；第七，升級電網容量，容納分布式電源系統注入的電流，減少電壓波動；第八，實施負載側管理策略，根據電壓水平調整負載需求，減少電壓波動。

2.3 過載問題的處理技術

處理含分布式電源的配電網過載問題時，需要綜合考慮傳統電力系統和分布式電源系統的特點。過載問題的處理技術和方法包含以下幾點：第一，實施負載管理策略，實時監控和控制分布式能源系統，以平衡分布式電源系統的電力輸出與負載需求；第二，使用智能控制系統，根據負載需求和分布式能源的可用性，動態配置電力，避免過載；第三，使用數據分析和預測模型，規劃分布式電源系統的容量，以滿足未來負載需求；第四，分散式管理電源，確保分布式電源系統的管理和控制能夠快速響應負載變化，避免過載；第五，部署儲能系統，在負載波動時存儲多余電力，并在需要時釋放，有助于平衡電力供需，防止過載；第六，使用預警系統提前發現潛在的過載問題，并采取適當的措施避免問題發生；第七，升級電路和設備，提高容量，以應對增加的負載需求；第八，適當使用過流保護裝置，如斷路器或熔斷器，保護電路和設備免受過載影響；第九，部署高精度監測設備，以實時監測電流和負載水平、電力系統運行情況；第十，考慮非常規電力傳輸技術，如柔性直流輸電或超導電力輸電，以提高電力輸送能力[4]。

2.4 倒流問題的處理技術

在含分布式電源的配電網中，倒流問題可能會導致配電網不穩定和運行問題。倒流問題的處理技術和方法包括以下幾點：第一，使用反向功率保護裝置監測電流方向，在檢測到倒流問題時切斷電路，防止分布式電源系統向電網供電；第二，優化分布式電源系統的逆變器控制策略，確保能夠根據配電網需求提供電力，而不是反向供電；第三，調整分布式電源系統的頻率響應，在電網頻率下降時降低電力輸出，有助于維持電網頻率穩定；第四，確保分布式電源系統具有電網同步功能，在電網電壓或頻率下降時，停止電力注入；第五，升級電網容量，容納分布式電源系統注入的電流，以減輕倒流問題；第六，優化分布式電源系統的功率因數，減少無功功率的注入，從而降低電流倒流的風險；第七，采用靈活運營策略，根據電網需求和負載變化調整分布式電源系統的電力輸出；第八，制定適當的電網規范和政策，規范分布式電源系統的運行和互動，以減少倒流問題的發生。處理倒流問題需要電力系統運營者、電力公司以及分布式電源系統運營商之間密切合作與協調。采用這些技術和方法可以降低倒流問題對電網的影響，確保電力系統的可靠性和穩定性[5]。

3 結 論

分布式電源是現代能源系統中不可或缺的組成部分，能夠提高電力供應的靈活性和可靠性。然而分布式電源系統也引入了新的挑戰，包括短路故障、電壓不穩定、過載問題以及倒流問題等。隨著分布式電源系統的快速增長和普及，為開發更加智能、高效、可持續的電力系統帶來新機遇。為實現這一目標，需要采用先進的技術和策略來處理分布式電源系統可能面臨的各種故障。未來通過更多的技術創新與進步，進一步優化分布式電源系統的性能，推動清潔能源的應用，確保電力供應的可靠性。