??????? 引言

　　為彌補大電網單一集中供電的缺陷，分布式發電這種新的發電方式發展非常迅速。分布式電源是一般分布在配電網中的，功率為10 kW～30 MW 的小型輔助電源，包括風能、太陽能及生物能源發電等多種多樣的發電形式。當故障發生時，多電源共同向故障點注入電流，勢必擾亂原有的保護配置方式，影響保護的可靠性、選擇性、速動性和靈敏性，引起保護和重合閘裝置的拒動和誤動。本文對各種故障情況進行分析，進行仿真予以驗證并提出相關改進措施。分布式發電是現代電網的發展趨勢，解決由此引起的相關問題具有非常重要的現實意義。

?????? 分布式電源在接入配電系統后，改變了系統原有的結構和接線方式，由單電源供電變為兩端供電或多電源供電，增加了支路數量，系統故障情況變得復雜。當系統發生短路故障時，兩個以上的電源均提供短路電流，這擾亂了原有的繼電保護配置方式。本文利用PSCAD/EMTDC，對各種不同情況下的分布式電源接入情況進行分析，分析了分布式發電對配網保護的影響并提出相應的改進措施。

　　1 分布式電源自身的保護要求

　　接入配電網的DG 主要包括風電、太陽能發電、生物發電、燃料電池和家用小型發電機等。其種類可以分為三種，分別為同步發電機、異步發電機和DC － AC 逆變型電源（經電力電子器件連接到電網）。

　　同步發電機對故障電流具有最直接的影響，在故障之后的第一時間，故障電流的波形基本上決定于發電機的參數。同步發電機在發生故障時能夠輸出很高的短路電流，數值上能夠達到額定電流的3 倍，并且維持很長一段時間。

　　異步發電機直接連入系統，不需要額外的電力電子0.2～0.3 s 衰減為零。

　　分布式電源中的逆變型電源的控制方式有電壓型和電流型兩種，并且這兩種控制方式大都以恒定功率輸出的。其故障電流會因為內部控制方式的響應不同而衰減周期不同，逆變型電源一般會裝設欠電壓保護，當電壓過低時自動切斷與電網聯系，所以其故障電流一般不會超過額定值的2 倍。

　　作為分布式電源所配備的保護來說，既要考慮到發電機自身可能造成的故障，又要考慮到由于配網外部故障而對其可能造成的影響。所以針對分布式電源來講需要另外考慮到由于配網內部故障而需設置負荷不對稱保護、欠電壓保護、過電壓保護、頻率保護以及零序過電壓保護等。

????? 2 分布式發電對電流保護的影響

　　在如圖1所示配電網模型中，假設配電網中設置三段式電流保護，并且整定值都是在分布式電源接入之前設置好的。假設潰線2 末端母線C 上接入了分布式電源Sg。

　　（1）當K1 點發生故障時，主系統和分布式電源同時向短路點注入短路電流，即：

　　式中

　　If——故障電流；

　　IS——系統提供短路電流；

　　Ig——分布式電源提供的短路電流。

　　流過保護1 的短路電流較接入分布式電源之前有所增加，增加了保護1 的靈敏性和可靠性。此時保護1 能夠準確動作，即時切斷故障線路。但是如果因為這種助增作用而使短路電流增大過多的話，則會引起保護2的誤動作，擴大了停電范圍。

　　（2）當K2 點發生故障時，母線A 至短路點流過的電流IS 與分布式電流接入之前并無太大變化，所以并未對保護3 產生影響，保護3 能夠準確動作，但此時分布式電源仍然向短路點注入短路電流Ig，并且單獨向下游供電，由于功率和負荷相差懸殊，有可能會因為電壓急劇降低而造成電網崩潰。所以在這種情況下，需要在母線C 左側也裝設斷路器，并由保護3 引發動作信號，在故障時同時動作以切除故障。

　　（3）當K3 點發生故障時，由分布式電源提供的短路電流同時流過保護3、保護4 和保護6，如果此時短路電流足夠大就會引起保護3 和保護4 的誤動作。????????????????????????

　　3 分布式發電對重合閘裝置的影響

　　電網故障大所數都是瞬時性故障，所以大都裝設有重合閘裝置，可以在瞬時故障時迅速重合，使電網恢復正常運行。前加速重合閘主要用于35 kV 以下由發電廠或重要變電所引出的支配線路上，配電網電壓等級較低，故主要裝設前加速重合閘。如圖2 所示，假設兩條饋線始端均裝設前加速自動重合閘。

　　保護4 跳動先切除故障，之后重合閘裝置起動，保護4重合。若為瞬時性故障，則重合成功。在接入分布式電源后，則在保護重合之后，分布式電源持續向故障點注入短路電流，故障點的電弧持續存在，則可能導致絕緣擊穿，使瞬時故障發展成永久故障。

　　2）由于分布式電源的接入，饋線AC 段兩端為雙端供電。當線路AC 段發生故障時，為徹底切除故障，線路兩端斷路器需要同時動作，再次重合時會涉及到檢同期問題。若兩端電源兩端功角擺開較大，則會產生很大的的沖擊電流，對電力系統和電氣元件產生沖擊。

　　4 算例分析

　　本算例中以圖1中的10 kV 配電網為例，利用仿真軟件PSCAD 進行仿真，系統容量SB ＝ 100 kV·A ，母線電壓UB ＝ 10.5 kV，在各節點處接入恒功率負荷SN ＝6 MV·A，cos ＝ 0.85，選取系統的運行方式為最大運行方式，系統參數為Xsmin＝0.091Ω，Lsmin＝0.000 29 H。

　　可得到饋線2上保護1～4流過的最大短路電流值，取Krel′＝1.25，Krel″＝1.3，可得到速斷電流速斷保護和限時電流保護的整定值，如表1 所示。

　　分別在DE、CD、BC、AB 和AF 處的設置三相接地短路，可以得到流過保護的短路電流，如表2 所示。

　　對比表1 和表2 可以分析得：

　　1）當線路DE 發生故障時，本應保護4 動作切斷故障線路，可由于分布式電源的助增作用使得故障電流增大，將可能觸發保護3 誤動作。這種情況可以在分布式電源下方加裝限流電抗或者故障限流器。

　　2）當線路CD 發生故障時，則因為分布式電源的助增作用增大了保護3 的靈敏度。

　　3）當線路BC 發生故障時，保護3 動作后變為分布式電源的孤島供電，可能會使電壓急劇降低而造成系統崩潰，所以在這種情況下應當在保護3 的對側增加斷路器，并由保護3 引發動作信號。同理在保護1 的對側也應裝設斷路器。

　　4）當線路AF 發生故障時，分布式電源提供的短路電流流經保護4，保護4 會發生誤動作。可以通過在保護4 處加裝方向元件而加以改進。

　　5 相關的改進措施

　　1）以分布式電源為界，在分布式電源上游兩側加裝方向性元件，在保護的對側加裝斷路器。當一段線路兩端的功率注入方向為一正一負時，則可以判定為本區域內故障。對于分布式電源的下游線路，可以將分布式電源當作助增電源，重新進行整定保留原有的三段式電流保護，并在每段線路。

　　2）故障限流器（FCL）在電網正常運行時，阻抗為零；而在線路發生短路故障，電流增大時，對外表現為高阻抗。在線路中加裝故障限流器，減小故障電流，可解決這一問題。或者也可選用超導故障限流器（SFCL）等，其具有更為完善的功能。

　　3）加裝以其他電氣量為度量單位的保護，例如方向比較式縱聯保護，即利用輸電線路兩端功率方向相同或相反的特征來判斷是區內故障還是區外故障。

　　6 結語

　　本文就分布式發電這一新興的發電方式對配電網繼電保護所產生的影響進行了分析，提出了相應的解決方案，并結合仿真結果對所做分析進行了驗證。