五 Ｎｅｗ￣ｎｅｒｇｙ 分布式发电并网及并网保护 张瀚超，匡洪海，朱国平，王建辉 （湖南工业大学，湖南株洲４１ ２００７） 摘要：讨论了分布式发电与电网之间的并网系统分类及结构，并网系统的功能以及微网的保护，然后从 宏观角度分析了微网并网的影响，分析了ＤＧ保护的研究对象与研究方法，总结了目前有关ＤＧ接入电网 的诸多影响以及微网自身的保护的方法。最后，结合多种保护因素考虑，分析了微网并网技术存在的主 要问题，给出了未来的重点研究方向。 关键词：分布式电源；并网系统；微网保护 中图分类号：ＴＭ５６１ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１ ００３－－０８６７（２０１ ７）０８－００５２—０５ 电力工业的主流发展方向是将传统的大电网与新兴的 系统，可以根据实际需要来对ＤＧ的开始停止进行远方渊 分布式电源相结合。分布式发电接入电网后，可以减少传输 度，同时需要附加二次设备保护。 设备功率的损耗，更有效地利用清洁能源，提高供电可靠 性。选择最合适的并网方式会提高利用效率、增强安全性。 目前主要的并网系统 两种。如图１所示，这是． 个传统的非逆变器并网系统，它的实现通过使用一个开关 而随着分布式电源的容量增大，接人数量增多，对电力系统 设备来完成。 的运行带来了诸多影响。面对新型分布式发电，传统的三段 式电流保护已经不能满足保护要求。大量的ＤＧ接入对传统 电网的拓扑结构、控制方式、保护配置提出了很大挑战。故 障发生时，二次的整定与运行会因为不能确定短路电流的 方向而导致原有方案不能够适应ＤＧ接入电网时对电网的保 护。为了消除ＤＧ接入配网后对保护及自动重合闸装置的不 良影响，本文主要研究涉及了ＤＧ并网系统的分类、功能以 及ＤＧ的保护策略。 １ 分布式发并网系统分类结构及作用 １．１分布式并网系统的分类 图１基于开关设备并网系统结构图 分布式并网系统有很多种类，根据以下４个方面可以 将并网系统分为：逆变器是否连接电网，系统与电网是否 如图２所示，逆变器并网系统通过逆变器将发出的 电压转换为与电网频率相同的电压，从而实现直流或高频 并联，分布式发电是否向电网反馈电能，系统是否需要进 交流电源并入电网的安全性要求。行远调度。 １．１．１逆变器型并网系统 例如光伏和燃料电池发出的直流电要经过电力电子接 ＩＺｌ转换为适合电网运行的交流电，诸如此类需要转换的还 有微汽轮机组发出的高频交流电。 １．１．２具有同步功能的并网系统 分布式能源通过并网系统与区域电网在耦合点实现同 步运行。此种并网系统适用于分布式电源担任削峰、联合 发电、作为紧急备用电源时使用。 １．１．３包含远方调度模块的并网系统 当分布式发电须向地区电网输送电能时采用这种并网 图２基于逆变器的并网系统结构图 蓑村鼋氯化 ２ｏ１ ７年第ｏ８期总第ｊ６３期 Ｉ ！ ！！！ 幽 Ａ ＿ ２ ＤＧ保护 ＤＧ的接入将对传统电网产生根本性影响，对电力系 统的继电保护也有相当大的影响。随着我国用户侧分布式 电源市场的全面放开，并网保护研究受到重视。 故障电流受同步发电机的影响最为直接，同步发电机 馈线２ 的铭牌参数基本决定了故障后故障电流的波形。同步发电 机发生故障时，短路电流会迅速增大至额定电流的３倍， 并可以有持续较长时间的短路电流输出。 ２．１ ＤＧ接入造成保护灵敏度下降 如图３所示，若保护１、２电流保护按照要求的分布 式电源最大出力以及系统最大运行方式进行整定，当ＤＧ 退出系统或因为其他原因（例如出力不足发生故障时）， 保护１、２上的短路电流会随着出力不足而导致功率减小 而减小，继而会导致保护范围的减小，使灵敏度下降 。 Ｉ 厂 、，舂 ＤＧ 、Ｌ，— 图３ ＤＧ造成保护灵敏度降低 ２．２ ＤＧ接入分布式发电对电流保护 在如图４所示配电网模型中，根据通常情况在配电网 应设置传统的三段式电流保护。现在馈线２末端接入分布 式电源。 当ＤＥ点之间发生故障时，配电网和ＤＧ同时向短路 点注入短路电流，流过保护ｌ的短路电流会迅速增加，保 护１能够快速准确地切除故障。短路电流若继续增加，会 引起保护２的误动作。 当ＢＣ点发生故障时，母线Ａ到短路点的电流几乎 不变，所以对保护３产生的影响可以忽略不计，而且保护 ３可以不受影响的准确动作。与此同时，ＤＧ持续向短路 点注入短路电流而且持续的向下一段供电。由于持续 供电会导致功率和负荷相差过大，如果不加以保护会导致 电压急剧降低，导致电网的崩溃。如果在母线Ｃ处加上 断路器装置，保护３动作发出故障信号，可以迅速切除故 障。 如图４所示，当ＡＦ点之间发生故障时，ＤＧ会向保 护３、４、６持续供电，电源提供的短路电流也会同时流过。 若短路电路持续增大，将会引起保护３、４的误动作造成 设备损坏。 ２．３ ＤＧ接入对重合闸装置的影响 并网保护必须在馈线重合闸动作之前及时退出ＤＲ， 一旦配合失败则会导致严重后果。另外，在重合闸装置中 图４插入分布式电源的１０ ｋＶ配电站结构图 还应安装检同期装置，以防止非周期重合冲击电流造成 ＤＧ的损坏。 如图５所示，ｎ处故障，保护１动作；若ＤＧ继续向 负荷Ｃ供电，保护２动作。要保证保护１、２都动作后， 重合闸系统才能重合。保护１若进行检无压重合成功，保 护２再进行检同期重合闸。 图５含ＤＧ网络重合闸示意图 ２．４ ＤＧ保护策略 因为故障时对可靠性、速动性、灵敏性以及选择性要 求较高，方便故障发生时ＤＧ迅速离网技术的实现，要求 并网ＤＧ在发生故障以及自动重合闸前要离网。实际情况 下，ＤＧ可能会有偏差没有及时退出，持续供电，此种情 况需考虑与保护配合的行为措施。若出现此种情况，可以 采用引入故障电流或是分布式电源的容量与接入位置 的方法。如图６所示，若配电网故障发生在Ａ上游段，则 Ａ下游段失电，这种情况存在于不允许孤岛运行的条件 下；若故障发生在Ｂ，则配电网可持续向Ａ上下游段供电； 但其中很重要的一点，故障发生在本线路或相邻线路都会 流过反向电流，即保护Ｐ１、Ｐ２都有故障电流流过。因此 必须考虑具体情况来进行整定，两种方法可以解决：其一， 可以通过设置反向故障电流的大小来使Ｐｌ、Ｐ２均不动作； 其二，也可以通过Ｐ１、Ｐ２先保护动作隔离，再尝试恢复 供电 。 图６设备Ｐ１￣Ｉ］Ｐ２保护的配合 ２。１ ７年第ｏ８期总第３６３期 蓑柑鼋纛｛匕 ３微网系统自身保护研究 分布式发电中二次的保护极为重要，而其中微网的自 身保护是未来研究的重要方面。微网的自身保护可分为 支线保护和微源保护。 ３．１公共连接点（ＰＣＣ点）保护 ［４】 刘健，张小庆，同向前，等 含分布式电源配电网的故障 定位＿Ｊ１ 电力系统自动化，２０１ ３，５７（２）：ｊ一８ ［５］ 许轩，陆于平，章桢，陈玉伟 分布式发电配电网新型充 分式保护原理及方案 】 电网技术，２０ｊ ４，３８（９）：２５３３ ２５ 了 广域保护和无通道保护，又可分为ＰＣＣ点保护和内部干／ ［６】 张沛超，谭啸风，杨鑫 孤岛检测的关键特征识别及元学 习方法［Ｊ】 电力系统自动化，２０１ ４，３８（１ ８）：７２—７８ ［７］ 杨鑫，张沛超 分布式电源并网保护研究综述［Ｊ】 电网技 术，２０１ ６．４０（６）１ ８８８ １ ８９５ ＰＣＣ点保护是微网保护的重要组成部分，既要在最 ［８】 马静，王希，米超，等含分布式电源的配电网自适应保 短时间内断开故障电流，同时也防止非意向孤岛的存在。 护新方法［Ｊ］ 电网技术，２０¨，３５（１ ０）：２０４—２０６ ９】 陶维青，李嘉茜，丁明，等 分布式电源并网标准发展与 ＰＣＣ点保护一般都会具有馈线保护和防孤岛保护的功 ［能。因为潮流具有双向性，所以要求ＰＣＣ点接在变电站 低压侧和下级母线侧时在两个不同功率方向上能够及时迅 速地切除故障，差动保护可以很好地解决这一问题。相位 突变保护、远方跳闸保护、载波保护、频率保护等已经应 用于反孤岛保护。 ３．２微源自身保护 微源的自身保护对大电网来说至为重要，按并网形式 可分为同步型电源、异步型电源（包括双馈机型）、逆变 型电源。前两者发生故障时短路电流输出较大，短路电流 在故障时可以增长到额定电流的５～ｌ０倍。逆变型电源， 因为其短路电流不会发生过大的变化，因为受电力电子元 件的热稳定性牵制，额定电流在１Ｉ２～２倍额定电流的范 围内。 ４结束语 本文介绍了微网的并网分类和微网的保护技术，对微 网保护研究的发展方向提出了可行性的建议。 目前分布式发电技术还存在很多问题，但两个问题尤 为紧要：如何快速地让故障后的ＤＲ切除故障，从而保证 系统的正常运行；如何使外部系统的故障对ＤＧ本身影响 较小，以保证ＤＧ的运行效率。 此外，还需要对现有线路保护进行全面调整以消除 ＤＧ对线路保护自身的影响；孤岛效应应进行全方位研 究，研究切实可靠的孤岛保护方案；将ＤＧ系统加入到配 电网广域保护范围内。 参考文献 ｆ１１ 张立梅，唐巍，赵云军，等 分布式发电对配电网影响的 综合评估［ＪＪ 电力系统保护与控制，２０１ ０，３６（２１） １ ３２ １ ３５ ［２】 尚堵，邰能灵，刘琦 考虑分布式电源的配电网保护改进 方案研究综述［Ｊ］ 电力系统保护与控制，２０１ ２ ４０（２４） ４０－４６ ［３】 唐志军，邹贵彬，高厚磊，等 含分布式电源的智能配电 网保护控制方案［Ｊ】 电力系统保护与控制，２０ｌ４，４２（６） ９ １ ４ 蓑村雹纛化 ２０ １ ７年第ｏ８期总第３６３期 对比［Ｊ］电气工程学报，２０１ ６，１１（４）：Ｉ一９ ［１ ０】邓虹，杨秀，刘方，等 微网保护技术综述［Ｊ】，华东电力， ２０１ ４，４２（３）：０５０４—０５０９ （责任编辑：张峰亮） 口国内首套线路故障指示器全自动机器人检测流水 线在上海艇 。 ７月２４日，国内首套“线路故障指示器全自动机 器人检测流水线”在国网上海市电力公司通过专家验 收，正式投入运行。 “线路故障指示器全自动机器人检测流水线 由 国网上海电力牵头研制，部署在公司智能配网技术中 心，历时ｔ１个月完成设计、研发和调试工作。该检测 系统集成了工业机器人、 图像识别处理、自动化检验 检测 ０智能仓储等技术，将电力设备检铡调试与人工 智能结合，实现了故障指示器全自动检测和仓储智能 管理的无缝对接。整个检测过程采用一键控制模式， 从样品的输送 扫码 识别、检测、分类、归位到出 具报告无需人工干预，完垒满足了国网公司总部的检 繇 ２０１７年以来，国网上海电力大力实施“双智驱动” 战略，积极探索新技术、新装备和新理念在电网建设 运维中的应用融合， 不断提升电网的自动化、信息化 和智能化水平。根据国家电网公司总部对配网设备的 管理要求，针对配电线路故障指示器点多面广、质量 保证难度大的难题，运用人工智能技术，在减员增效 的同时，实现了配电设备到现场的“即插即用 ，指 高 了施工效率，并实现了配网设备的全寿命周期信息追 溯，提升了对设备和供应商的管理水平，充分发挥了 先进技术和管理理念的引领作用。 来源：国网上海市电力公司
