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分布式发电对继电保护技术的影响

  面对日益严重的环境、能源问题,可再生能源的开发和利用成为现在研究工作的重点。分布式发电可以利用可再生能源发电,是解决当前环境、能源问题的一个重要举措。在上个世纪,分布式发电一词首次出现在西方发达工业国家。随着智能电网和能源开发技术的发展,分布式发电技术必将引领一场电力工业的革命。
  
  分布式电源往往是就地接入配电网,传统的中低压配电电网系统中的继电保护是在单侧电源、辐射型结构的基础上设计,一般只需采用简单的保护就可以满足电网继电保护要求。随着分布式电源 DG在电网中的大量接入,电网潮流将发生变化,系统发生短路故障时各线路或者母线的短路电流也会发生改变,继电保护出现了很多新问题,传统简单保护已经不能满足要求。
  
  1 分布式发电定义
  
  分布式发电最早是由美国在 1978年的公共事业管理政策法中提出,它的定义是:区别于集中发电、远距离传输、大互联网络的传统发电形式,直接配置在配电网或者负荷附近的、小型(发电在数 kW到 50mW之间)模块式,能够经济、高效、可靠运行的发电设施。分布式发电是为了满足特定用户需求且支持现有配电网运行,分散布置在用户附近的。
  
  分布式发电技术主要包括:热电联产与热电冷三联产技术、燃料电池技术、太阳能发电技术、风力发电技术、生物质能发电技术、小水电技术、海洋能发电技术、地热发电技术。
  
  在分布式发电中还包含储能装置,其意义在于可以提高能源利用效率和改善系统的经济性,包括:蓄电池储能、超导储能、超级电容器储能、飞轮储能、压缩空气和抽水蓄能储能等。
  
  分布式发电技术和储能技术统称为分布式电源。分布式发电采用的技术不同,所发电有高频交流电、工频交流电和直流电之分。其相应的并网方式有直接并网和经过逆变器并网两种。其中,风力发电可以采用逆变器并网和直接并网这两种发生,其余的一般只能采用一种并网方式。
  
  分布式电源可独立运行、备用运行或者与系统并网运行,其运行方式为:分布式电源独立运行;分布式电源备用运行;分布式电源与系统并联运行。
  
  分布式电源可以作为调峰电源,降低电网损耗或为边远地区供电,同时还能节省输变电投资、经济实惠,还能提高供电的可靠性。
  
  2 分布式发电对继电保护技术的影响
  
  传统的配电网大部分是单侧电源的辐射状结构,其保护配置较为简单,国内的电网继电保护主要有两种配置方式:
  
  2.1采用传统三段式电流保护
  
  瞬时电流速断保护、定时限电流速断保护和过电流保护。瞬时电流速断保护可以瞬间切除故障,但不能保护线路全长,其整定值根据被保护线路末端短路时,流过保护的最大三相短路电流不应该使保护动作进行整定。定时限电流速断保护能够保护本线路全长,整定值是按照线路末端故障灵敏度和相邻线路瞬时电流保护相配合确定的。过电流保护定值一般按线路的最大负荷电流和相邻线路的过电流保护配合进行整定,能够保护的是相邻线路的全长。
  
  2.2采用反时限过电流保护
  
  反时限过电流保护一般是为了尽快地切除靠近电源的故障。这是一种保护动作时限与被保护线路中短路电流大小相关的保护。短路电流越大,保护时限越短;保护时限与故障远近有关,越远动作时间越长。
  
  由于配电网故障中绝大部分属于瞬时性故障,因此在非全电缆线路中,应该配置三相一次自动重合闸装置,保证在故障后能够迅速
  
  恢复供电。
  
  电力系统继电保护装置应该满足四点基本要求,即:选择性、速动性、灵敏性和可靠性。下面分别讨论 DG对两种继电保护配置方式和自动重合闸的不同影响,以及对继电保护四性的一些影响。
  
  2.2.1 DG三段式电流保护的影响主要表现
  
  ①导致非故障线路灵敏度提高,保护误动,从而使保护失去选择性,会扩大事故影响范围。在 DG接入前,其他线路故障时,短路电流只由系统提供;接入 DG后,DG和系统都会对故障点提供短路电流,导致故障馈线的故障电流增大,灵敏度提高,严重时可能造成保护误动。DG的接入容量越大,对保护的灵敏度的影响也就越大。
  
  ②导致本线路保护灵敏度降低,严重时造成保护拒动;下游保护灵敏度提高,保护误动。在 DG接入点的下游线路故障时,DG接入前,短路电流只由系统提供,接入 DG后,DG和系统同时提供短路电流,但是 DG上游保护只能感受到系统提供的短路电流,而且此故障电流比接入 DG前小,导致保护灵敏度下降,严重时可能导致保护拒动。而 DG下游保护感受的电流比接入 DG前大,导致灵敏度提高,严重时甚至会导致保护误动。且接入的 DG的容量越大,对保护灵敏度的影响越大。
  
  当接入系统的 DG容量一定时,并入线路末端时对继电保护的影响较小,同时还应该在 DG上游加装保护方向元件,以保证 DG上游或者系统侧故障时保护不会误动。当接入 DG的位置固定时,应该保证接入的容量一定,提高 DG下游保护定值和相邻线路保护定值,以满足选择性的要求;对 DG上游保护的灵敏度进行校验;保证在 DG退出运行时,保护有足够的灵敏度和保护范围。
  
  2.2.2 DG对反时限过流保护的影响
  
  在接入 DG后,短路电流的大小和方向都会发生变化,会给反时限过流保护带来以下影响:
  
  ①DG下游故障,上游短路电流减小,增大保护动作时限,不利于故障的快速切除;
  
  ②DG下游故障,下游短路电流增大,保护动作时间缩短,保护速动性得到改善。
  
  2.2.3 DG对自动重合闸的影响
  
  在电网故障中,瞬时性故障占绝大数,安装自动重合闸可以提高供电可靠性并减少线路停电次数。DG并入会对自动重合闸造成重合失败、非同期合闸等隐患。例如,在线路因故障跳闸后,所形成的孤岛保持功率和电压在额定值附近运行,分布式电源很有可能在重合闸动作时没有跳离线路,则故障点的故障电流将由分布式电源维持,导致重合闸失败、非同期合闸等,甚至对电网设备造成损坏。
  
  3 其他一些解决方法
  
  针对 DG对三段式过流保护和自动重合闸的影响,有文献提出利用串联电抗器限制短路电流,可以在一定程度上消除分布式电源和保护间的协调问题,保证自动重合闸的正确动作;或者根据广域保护概念,利用电流综合幅值比较将故障范围缩小到一个较小区域,并利用电流间的相位关系找到故障线路,这个方法在工程中具有很好的适用价值。
  
  基于新能源的分布式发电给传统的电力系统既到来了机遇又带来了挑战。DG能够充分利用清洁能源,促进我国的可持续发展事业,弥补传统电网在环境保护、可靠性方面的缺陷。传统的基于单端电源系统设计的继电保护和自动重合闸装置必须与时俱进,做出相应的调整,才能维护系统的安全稳定运行,否则,分布式电源的并入必将导致保护拒动、误动等问题,严重的可能造成大面积的停电事故,损害国民经济利益。 返回上页