摘要：随着集中式供电的一些问题的出现，分布式发电是一种新兴的发电技术，近年来获得飞速发展。本文介绍了分布式发电系统的接入对配电网的继电保护造成影响。分析了分布式发电对馈线的两段式保护和自动重合闸以及分支线的熔断器保护产生的各种可能影响，对分布式发电的广泛推广具有一定的意义。
关键词：分布式发电；电力系统；继电保护
0引言
分布式发电(DistriutedGenemtion，简称DG)技术是一种新兴的发电技术。它是指为了满足一些特殊用户的需求，支持原有配电网的经济运行而设计和安装的在用户处或者其附近的小型发电机组（容量一般小于30MW)[1]。分布式发电按照所使用的技术不同，可分为：小水电、风力发电、光伏发电、燃料电池发电和燃气轮机发电等等。分布式发电在减少环境污染、降低终端用户的费用等方面具有明显的优势，同时又具有灵活性、高效性和能源来源多样化等优点，因此，随着分布式发电技术的深入研究和设备成本的逐渐降低。其在电力系统中的应用逐渐增加。
分布式发电并网运行是其发展的趋势，由于其容量较小，一般是通过配电网接入电力系统。分布式电源接入配电网之后。将深刻影响配电网络的结构以及配电网中的短路电流大小、流向及分布，必然给电力系统的运行和调度带来了一系列问题[2-5]。配电网的继电保护装置是保证电力系统安全、稳定和可靠运行的重要设备，不可避免的要受到分布式发电并网的影响[3]。
1配电网的特点和保护的配置
配电网的拓扑结构类型比较多，主要包括放射式接线、树干式接线和环网式接线，其形式主要取决于对供电可靠性的要求，我国城乡大多数的配电系统采用放射式结构。因为这种结构具有接线可靠、保护整定及扩充容易等优点。放射式配电网结构简单并且由单侧电源供电。我国配电网的继电保护是以此为基础设计和配置的。
目前，我国的中低压配电网大都是单侧电源、放射式配电网络。配电网的继电保护相对于高压大电网的继电保护而言，属于简单保护。在配电网中常用的继电保护有电流保护、电压保护、过电流保护和距离保护等。由于放射式的配电网的潮流是单向流动的，且考虑80％～90％的故障都是瞬时性故障，所以为了简化保护配置，传统配电网的典型保护设计方案通常是主馈线断路器采用电流速断保护和过电流保护组成的两段式保护。并配置三相一次重合闸(前加速)装置，其中电流速断保护按照线路末端故障有灵敏度的方法整定，不能保护线路全长；过电流保护不仅可以保护本线路的全长。而且可以保护相邻线路的全长，可以起到远后备保护的作用；而对分支线路则采用高压熔断器保护[5]。
2分布式发电对主馈线保护的影响
2．1对两段式电流保护的影晌
在配电网中接入分布式发电，当故障发生时，配电网中的故障电流的大小和分布明显与不接分布式电源时不同，这将影响配电网原有继电保护装置的正常运行。含分布式电源的配电网在故障发生时，由于分布式电源对电流的助增或者分流作用，流过保护装置的故障电流可能增大也可能减小[6]。它将改变保护的保护范围和灵敏度，给各个保护装置的相互配合带来问题。
假设分布式发电接入的是l0kV配电网络，并且将10kV变电站以上的电网等值为一个电压源，根据此假设条件来分析分布式发电对配电网继电保护的影响。分布式发电引入10kV配电网，将使配电网从传统的单侧电源网络变成双侧电源甚至是多侧电源网络，从而改变故障电流的大小、持续时间及其电流方向。结合图l所示的典型配电网进行分析。
图1典型配电网络结构
分布式发电对配电网主馈线的两段式电流保护的影响主要表现在以下几个方面：
1)导致本馈线保护误动作。如图1所示，如果在馈线的CD段接入DG1，此时馈线将被分成两段，其中母线A与DG1之间为双侧电源供电，而DGl下游部分为单侧电源供电。当BC段任意点k1发生故障时，保护R3将感受到由DG1流至k点的反向故障电流。由于保护R3没有判断电流方向的元件，若DG1容量足够大时，反向故障电流将可能超过尺，处的电流速断保护的整定值。此时CD段的保护R3就会误动作。而对于保护R1、R2而言，其故障电流仅由系统侧电源提供，这和不接DGl时的情况一样，其动作不受DGl接入的影响。
2)本馈线部分保护灵敏度降低甚至拒动，而部分保护灵敏度增加。如图l所示，如果DGl未接入而在BC段接入DG2，此时若在k2发生故障，按照继电保护的选择性原则应由R2动作切除故障。故障点k2的故障电流由系统侧电源和DG2共同提供，大于接入DG2前的故障电流，而保护R2仅仅感受到从系统侧流过来的故障电流，同时由于DG2的分流作用使得R2感受到的故障电流减小，这将影响保护R2的灵敏性严重时R2甚至拒绝动作。如果是k3点发生故障，则R3感受到的故障电流和故障点k3的故障电流相等，都是由系统侧电源和DG2共同提供，这个电流比DG2接入前更大，保护尺的灵敏性增加。
3)相邻馈线故障时，反向故障电流可能导致本馈线保护误动。如图l所示，如果仅DG2接入配电网，当相邻馈线AE上的k4点发生故障时，保护R4感受到的故障电流由系统侧电源和DG2共同提供，其电流值大于未接入DG2时的值，保护的灵敏性将提高。而保护R1和R2也将感受到由DG2提供的反向故障电流，当DG2容量较大时，这个电流有可能超过保护的整定值，使保护R2或R1误动作。
4)使一些保护的保护范围增大。而另一些保护的保护范围减小。如图1所示，按照保护配置的选择性原则，在未接入任何分布式电源，当k2点故障时，应由保护R2动作切除故障馈线，如果由于某种原因R2拒绝动作时，应由R2的远后备保护R1动作切除故障。现假设仅有DG3接入配电网，在k2点故障时，流过保护R2的故障电流随着DG3容量的增大而增大，但是流过保护R1的故障电流却因DG3的分流作用而小于未接DG3时的值。与接入DG3之前相比，对于k2点的故障，保护R2感受到的故障电流增加，保护R1感受到的故障电流减小，这将使得保护R2的保护范围增大，而保护R1(作为保护R2的远后备保护)的保护范围减小。
5)当DG容量足够大时，导致保护失去选择性；
如图1所示，仅有DG3接入配电网。馈线CD段的首端k5点发生故障时，应由保护R3，动作切除故障馈线。但是当DG3的容量足够大时，保护R2的保护范围将可能延伸到CD段，这种情况下，如果k5点发生故障，保护R2、R3感受到的故障电流都达到甚至超过其各自的整定值，两个保护都动作，继电保护失去了选择性。
针对以上问题，应该采取适当的措施以尽量减小分布式发电对原有继电保护装置的影响。其中文献[8]提出利用电抗器的高阻抗值特性限制分布式电源提供的短路电流。进而有效地解决分布式发电与保护之间的协调性问题。文献[9]给出了几种情况下消除分布式电源的接入对配电网继电保护装置影响的判断条件。而文献[10]则提出可以将系统分区，各个分区间通过断路器连接，由变电站处的继电器完成在线感应、识别故障类型和故障范围、并向相应的短路器发送跳闸信号，切除故障区的分布式电源，实现故障的隔离。
2．2对自动重合闸的影响
分布式发电接入配电网前，配电网为单侧电源的放射式结构，自动重合闸在迅速恢复对瞬时性故障线路的供电时。不会对配电网产生任何冲击和破坏。而DG接入后，如果线路因故障跳闸，故障部分不再与系统电源相连，由分布式电源和负荷所形成的电力孤岛保持功率和电压在额定值附近运行。然而，看似正常运行的电力孤岛却给自动重合闸产生了两方面潜在的威胁[8]。
1) 非同期合闸。在系统侧电源断开至自动重合闸动作这段时间内，DG有可能加速或者减速运转，电力孤岛很难与系统侧电源保持完全同步，两者之间出现一个相角差。当相角差达到一定的大小时，非同期重合闸会引起很大的冲击电流或电压，图2为某次非同期重合闸产生的冲击电流的波形。在冲击电流的作用下，馈线保护可能误动作，使自动重合闸失去迅速恢复瞬时故障的能力。同时，冲击电流也可能对配电网和DG设备带来致命的冲击。
图2非同期重合闸产生的冲击电流波形图
2)故障点电弧重燃。在失去系统侧电压后，DG可能继续对故障点供电，进行重合闸时，DG所提供的电流阻碍了故障点电弧的熄灭，引起故障点电弧重燃，导致绝缘击穿，此时瞬时性故障将进一步扩大为永久性故障[11]。
因此，DG的接入对自动重合闸的正常工作产生了很大的影响。DG侧应该安装低周、低压解列装置，同时为了避免非同期重合闸给配电网和DG设备带来的冲击，系统侧重合闸继电器需检线路无压，DG侧检同期。
3分布式发电对分支线路保护的影响
3．1熔断器保护的原理
如图3所示的局部配电网结构图(不包括DG)，采用熔断器保护是我国配电网经常采用的保护形式。熔断器能够在分支线出现不被允许的大电流时，由电流通过熔体产生的热量将熔体或者熔丝熔断，从而实现对故障线路的切除。DG接入前，当K1点故障时，应由熔断器F4动作切除故障，F5不应动作。F5～F4之间的时间一电流曲线如图4所示[12]，其中MM(MjnimumMe1ting)代表熔断器的最小熔解曲线，Tc(T0talclearing)代表熔断器的完全熔解曲线。由图4可知，F5的MM和Tc曲线均在F4之上，当F5和F4感受到同样的故障电流时，F4熔断所需的时间小于F5，总是先于F5熔断，这就实现了熔断器保护的选择性。同样道理，F3—F2之间、F2—F1之间的配合与F5～F4相似。
图3配电网熔断器保护的设置
图4熔断器F5-F4的配合曲线
3.2DG对熔断器保护的影响
若在分支线引入DG，则熔断器保护将受到影响。如图3所示，在CD段接入DG，当k1点发生故障时，DG的接入对熔断器保护构成了两方面的威胁。一方面，DG和系统侧电源都向故障点k1提供故障电流，当这个电流值过大时，由图4可看到上级F5和下级F4可能会同时损坏或者熔断，但是按照保护的选择性原则只要求F4熔断，F5不受影响，显然，DG的引入破坏了熔断器保护的配合关系。另一方面，DG通过F2和F3向故障点k1提供反向故障电流，由于熔断器没有判别方向的能力，当DG容量足够大时，这个反向的故障电流可能会很大，导致F2或F3损坏或熔断。按照保护设置的原则，这也是不允许的。
4结语
分布式发电作为一种新的发电方式，在未来的电力系统中一定会得到广泛应用，而且，大量分布式电源接入配电网必将深刻影响配电网的结构以及配电网的短路电流的大小、流向及分布，对配电网的继电保护带来多方面的影响。为了提高配电网供电的可靠性和供电质量，分析分布式发电对配电网继电保护及其动作行为造成的影响，对分布式发电的推广和应用具有一定的意义。
