论文部分内容阅读
摘 要：分布式电源的优势明显，其在电网系统中发挥重要的作用，不论是运行方面，还是经济方面，均有可观的表现。虽然分布式电源的应用范围越来越广，但是其在电网系统中的结构，对配电网继电保护有一定的影响，必须保证分布式电源能够有效的融入到配电网继电保护中，才能充分发挥分布式电源的作用。所以本文重点探讨含分布式电源的配电网继电保护。
关键词：分布式电源 配电网 继电保护
分布式电源与传统的发电有明显的不同，其可利用可再生能源实现供电，属于一类新型的发电方式，发电的功率比较高，表现出环保、经济的特性。含有分布式电源的配电网继电保护，发生了一些改变，如双端、多端网络，而配电网中的潮流、短路电流等，也会有根本性的不同，由此增加了含分布式电源配电网继电保护设计的难度。
一、分布式电源对配电网继电保护的影响
1.对电流保护的影响。电流保护侧重于配电网继电保护中的三段式电流保护，接入分布式电源后，改变了系统内的潮流，重新分布到配电网内，一旦配电网内存在短路，电流大小、方向也会有根本的变化，而且含分布式电源的接入位置不同，电流变化也不同，无法确定分布式电源接入后对配电网继电保护的实际影响，因此降低了电流保护的水平。分布式电源接入线路末端、线路中间时，短路故障均有不同的表现，由此影响了继电保护的特定性，不利于继电保护的确定。
2.对过电流保护的影响。配电网继电保护中，存在反时限过电流保护状态，此类继电保护方式，与故障电流存在直接的关系，传统的过电流保护，通过一个继电器就能实现，但是含有分布式电源的配电网，仅一个继电器是无法实现有效的继电保护，在故障点的继电保护时间较短，无法完成有效的故障切除，而且含分布式电源接入位置不同，同样对过电流保护造成不同的干扰，也需要按照位置分析继电保护。
3.对自动重合闸的影响。自动重合闸在继电保护中，能够辅助配电网快速恢复正常，保障配电网的可靠性。传统配电网的自动重合闸，不对出现过大的冲击，可以恢复正常，而含分布式电源的配电网，不同通过自动重合闸控制故障点，导致故障点仍旧处于工作状态，即会引起较大的电弧，无法成功完成自动重合闸。
二、分布式电源配电网继电保护的模型分析
针对含分布式电源的配电网，设置了数学模型，用于研究继电保护的相关信息。数学模型需要在Matlab/Simulink的环境下构建，便于提供仿真环境，真实的研究分布式电源在配电网继电保护中的应用，利用实验的方式，改进配电网的继电保护方式，实现相互适应。模型构建，是维护分布式电源有效应用的基础，还可以为配电网继电保护提供有效的条件，促进含分布式电源配电网的发展，体现继电保护的优质作用，积极完善配电网。
三、含分布式电源配电网继电保护方案的改进
根据分布式电源对配电网继电保护的影响以及保护模型的应用，针对继电保护方案提出几点改进措施，如下：
1.纵联保护。纵联保护是指以集中式方向为依据的保护方式，充分利用智能电子装置，可以检测配电网线路的故障信息，智能电子装置迅速将检测到的故障信息，传送到监控系统，发送跳闸指令，实现继电保护。集中式方向纵联保护能够按照一定的顺序，排除配电网母线中的故障，可以根据分布式电源的相关性，做出相关的继电保护反馈，其在进行继电保护时，主要采取故障定位算法和故障隔离算法。以故障隔离算法为例，分析集中式方向纵联保护在继电保护中的表现。按照分布式电源的要求，配电网中在特定的节点位置，设置智能电子装置，对节点以及节点支路进行编号，同时计算矩阵，假设标号中的q1和q2标记为1，代表支路节点1、2位置处设定的断路器，已经成功的隔离了故障，而其他无故障的区域仍旧处于正常的运行状态，由此表明，集中式方向纵联保护，在含分布式电源的配电网中，可以准确的完成继电保护，不会出现误动、拒动的问题。
2.广域保护。广域保护在含分布式电源的配电网继电保护中，融入了多种技术信息，如：实时监测、信息化分析等，致力于准确、快速的完成继电保护操作，切除含分布式电源配电网中的故障。广域保护位于传统保护和SCADA/EMS的中间位置，其可将含分布式电源的配电网，做为一个整体，选择多点继电保护的方法，规划出相应的动作范围。广域保护的多点信息由：自动无功投切、自动解列、低压切负荷等，规定的时间内完成相应的动作。目前，含分布式电源配电网继电保护中使用的广域保护方案分为两种，分别是：（1）监视整个配电网，提供控制与状态检测，全面保护配电网的安全；（2）通过广域信息，辅助继电保护动作。广域保护在继电保护中，依赖于组成部分之间的相互配合，其对数据库和服务器的要求非常高，用于减少继电保护的反应时间。
3.改进重合闸。分布式电源对重合闸有明显的影响，干扰了重合闸的基本操作。为了解决分布式电源对重合闸的影响，提出相关的改进方案，分析如：电力企业在分布式电源的侧方，安装低周、低解压的装置，专门用于延长重合闸的反应时间，促使重合闸的动作延迟，确保分布式电源可以在重合闸的前断开位置和短路点位置产生联系，此时配电网系统中的继电保护，则会对故障做出准确的反应。重合闸方案的改进，主要是按照继电保护的需求，遵循含分布式电源的规则，适当调整重合闸方案的运行，接入相关的装置，达到方案调整的效果。
4.故障方向实用化。故障方向的实用化，是含分布式电源配电网继电保护的根本，关系到继电保护的运行效果。分析故障方向实用化的依据，如下：
4.1有源多分支点。有源多分支点的判断依据中，假定配电网受到外部因素的干扰，如：大风，当分布式电源输出的功率比较小时，分支节点部分有电源输入，同样表现为较小的输出功率。含分布式电源的配电网发生短路时，分支中不存在电流流动，说明支路并无短路故障，此时分布式电源已经主动退出运行，需要判断有源二分支节点是否有故障，通过判断馈线故障，完成含分布式电源配电网的继电保护。
4.2无源多分支点。无源多分支点的模型如下图1，如果分布式电源退出运行，正如图1中的模型所示，判断方法为：含有分布式电源的配电网支路，有电流通过时，说明无源部分潜在短路故障，相反，表示上游线路有短路故障，配合继电保护反应即可。
4.3混合分支节点。混合分支节点是指配电网中在不同位置接入了分布式电源，既包含有源多分支，也包含无源多分支。混合分支节点下继电保护的判断，先判断是否为无源多分支状态下的节点故障，如果确定不属于无源多分支，再按照判断依据，分析有源多分支处理，明确判断分支节点的短路故障，进而完成继电保护，确保含分布式电源配电网的稳定性，提高配电网继电保护的准确度。
四、结语
分布式电源是未来电网系统发展的主流区域，必须改进其在配电网继电保护中的应用，合理分配分布式电源，才能保障继电保护的有效性，消除分布式电源对继电保护的不利影响。分布式电源与配电网继电保护的协调性发展，是电网研究工作中的重点，既要发挥分布式电源的各项优势，又要确保继电保护的稳定性，以免干扰电源与继電保护的应用。
参考文献：
[1]谭又宁.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].西南交通大学，2012.
[2]郭路宣.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].华南理工大学，2013.
[3]刘佳.含分布式电源的配电网保护技术研究[D].华北水利水电大学，2013.
[4]周卫，张尧，夏成军，王强.分布式发电对配电网继电保护的影响[J].电力系统保护与控制，2010，03：1-5+10.
关键词：分布式电源 配电网 继电保护
分布式电源与传统的发电有明显的不同，其可利用可再生能源实现供电，属于一类新型的发电方式，发电的功率比较高，表现出环保、经济的特性。含有分布式电源的配电网继电保护，发生了一些改变，如双端、多端网络，而配电网中的潮流、短路电流等，也会有根本性的不同，由此增加了含分布式电源配电网继电保护设计的难度。
一、分布式电源对配电网继电保护的影响
1.对电流保护的影响。电流保护侧重于配电网继电保护中的三段式电流保护，接入分布式电源后，改变了系统内的潮流，重新分布到配电网内，一旦配电网内存在短路，电流大小、方向也会有根本的变化，而且含分布式电源的接入位置不同，电流变化也不同，无法确定分布式电源接入后对配电网继电保护的实际影响，因此降低了电流保护的水平。分布式电源接入线路末端、线路中间时，短路故障均有不同的表现，由此影响了继电保护的特定性，不利于继电保护的确定。
2.对过电流保护的影响。配电网继电保护中，存在反时限过电流保护状态，此类继电保护方式，与故障电流存在直接的关系，传统的过电流保护，通过一个继电器就能实现，但是含有分布式电源的配电网，仅一个继电器是无法实现有效的继电保护，在故障点的继电保护时间较短，无法完成有效的故障切除，而且含分布式电源接入位置不同，同样对过电流保护造成不同的干扰，也需要按照位置分析继电保护。
3.对自动重合闸的影响。自动重合闸在继电保护中，能够辅助配电网快速恢复正常，保障配电网的可靠性。传统配电网的自动重合闸，不对出现过大的冲击，可以恢复正常，而含分布式电源的配电网，不同通过自动重合闸控制故障点，导致故障点仍旧处于工作状态，即会引起较大的电弧，无法成功完成自动重合闸。
二、分布式电源配电网继电保护的模型分析
针对含分布式电源的配电网，设置了数学模型，用于研究继电保护的相关信息。数学模型需要在Matlab/Simulink的环境下构建，便于提供仿真环境，真实的研究分布式电源在配电网继电保护中的应用，利用实验的方式，改进配电网的继电保护方式，实现相互适应。模型构建，是维护分布式电源有效应用的基础，还可以为配电网继电保护提供有效的条件，促进含分布式电源配电网的发展，体现继电保护的优质作用，积极完善配电网。
三、含分布式电源配电网继电保护方案的改进
根据分布式电源对配电网继电保护的影响以及保护模型的应用，针对继电保护方案提出几点改进措施，如下：
1.纵联保护。纵联保护是指以集中式方向为依据的保护方式，充分利用智能电子装置，可以检测配电网线路的故障信息，智能电子装置迅速将检测到的故障信息，传送到监控系统，发送跳闸指令，实现继电保护。集中式方向纵联保护能够按照一定的顺序，排除配电网母线中的故障，可以根据分布式电源的相关性，做出相关的继电保护反馈，其在进行继电保护时，主要采取故障定位算法和故障隔离算法。以故障隔离算法为例，分析集中式方向纵联保护在继电保护中的表现。按照分布式电源的要求，配电网中在特定的节点位置，设置智能电子装置，对节点以及节点支路进行编号，同时计算矩阵，假设标号中的q1和q2标记为1，代表支路节点1、2位置处设定的断路器，已经成功的隔离了故障，而其他无故障的区域仍旧处于正常的运行状态，由此表明，集中式方向纵联保护，在含分布式电源的配电网中，可以准确的完成继电保护，不会出现误动、拒动的问题。
2.广域保护。广域保护在含分布式电源的配电网继电保护中，融入了多种技术信息，如：实时监测、信息化分析等，致力于准确、快速的完成继电保护操作，切除含分布式电源配电网中的故障。广域保护位于传统保护和SCADA/EMS的中间位置，其可将含分布式电源的配电网，做为一个整体，选择多点继电保护的方法，规划出相应的动作范围。广域保护的多点信息由：自动无功投切、自动解列、低压切负荷等，规定的时间内完成相应的动作。目前，含分布式电源配电网继电保护中使用的广域保护方案分为两种，分别是：（1）监视整个配电网，提供控制与状态检测，全面保护配电网的安全；（2）通过广域信息，辅助继电保护动作。广域保护在继电保护中，依赖于组成部分之间的相互配合，其对数据库和服务器的要求非常高，用于减少继电保护的反应时间。
3.改进重合闸。分布式电源对重合闸有明显的影响，干扰了重合闸的基本操作。为了解决分布式电源对重合闸的影响，提出相关的改进方案，分析如：电力企业在分布式电源的侧方，安装低周、低解压的装置，专门用于延长重合闸的反应时间，促使重合闸的动作延迟，确保分布式电源可以在重合闸的前断开位置和短路点位置产生联系，此时配电网系统中的继电保护，则会对故障做出准确的反应。重合闸方案的改进，主要是按照继电保护的需求，遵循含分布式电源的规则，适当调整重合闸方案的运行，接入相关的装置，达到方案调整的效果。
4.故障方向实用化。故障方向的实用化，是含分布式电源配电网继电保护的根本，关系到继电保护的运行效果。分析故障方向实用化的依据，如下：
4.1有源多分支点。有源多分支点的判断依据中，假定配电网受到外部因素的干扰，如：大风，当分布式电源输出的功率比较小时，分支节点部分有电源输入，同样表现为较小的输出功率。含分布式电源的配电网发生短路时，分支中不存在电流流动，说明支路并无短路故障，此时分布式电源已经主动退出运行，需要判断有源二分支节点是否有故障，通过判断馈线故障，完成含分布式电源配电网的继电保护。
4.2无源多分支点。无源多分支点的模型如下图1，如果分布式电源退出运行，正如图1中的模型所示，判断方法为：含有分布式电源的配电网支路，有电流通过时，说明无源部分潜在短路故障，相反，表示上游线路有短路故障，配合继电保护反应即可。
4.3混合分支节点。混合分支节点是指配电网中在不同位置接入了分布式电源，既包含有源多分支，也包含无源多分支。混合分支节点下继电保护的判断，先判断是否为无源多分支状态下的节点故障，如果确定不属于无源多分支，再按照判断依据，分析有源多分支处理，明确判断分支节点的短路故障，进而完成继电保护，确保含分布式电源配电网的稳定性，提高配电网继电保护的准确度。
四、结语
分布式电源是未来电网系统发展的主流区域，必须改进其在配电网继电保护中的应用，合理分配分布式电源，才能保障继电保护的有效性，消除分布式电源对继电保护的不利影响。分布式电源与配电网继电保护的协调性发展，是电网研究工作中的重点，既要发挥分布式电源的各项优势，又要确保继电保护的稳定性，以免干扰电源与继電保护的应用。
参考文献：
[1]谭又宁.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].西南交通大学，2012.
[2]郭路宣.含分布式电源的配电网继电保护研究[D].华南理工大学，2013.
[3]刘佳.含分布式电源的配电网保护技术研究[D].华北水利水电大学，2013.
[4]周卫，张尧，夏成军，王强.分布式发电对配电网继电保护的影响[J].电力系统保护与控制，2010，03：1-5+10.