基于分布式电源接入对配网故障电流影响概述

摘 要：微电网是将分布式电源、负荷、储能装置、控制系统，整合在一起，形成一种新型的供电系统。它的出现一方面解决了分布式电源就近接入配电网给电网带来的冲击性；另一方面也增加了系统电源的供电形式，增强了系统紧急情况下的供电可靠性。但是，伴随着微电网的接入，给大电网在运行、系统的继电保护等方面也造成很大的麻烦，如何消除这些不利因素，以实现对电网有效的控制，有必要展开相关的研究。

关键词：微电网；故障；继电保护

中图分类号：TM77 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0167-02

引言

随着电力需求的不断增加，化石能源的消耗量越来越大，但是化石能源的储量有限，而且不易形成，给现实需求提出了严重考验采用分布式发电技术，有助于防范大面积停电事故，提高电网抵御自然灾害的能力，对于电网和国家安全都有着重要的实际意义。分布式发电系统采用的是邻近的能源，可以实现分区分片的灵活供电，不需要建设远距离输电设施，节省输配电建设投资和运行费用，同时可减少线路损耗，能提高能源利用率。

1 分布式电源的并网方式

各类分布式发电电源所采用的能源不同，各类能源自身

的特点不一决定了其电源的输出形式不同，实际使用中一般

将分布式电源按其并网模式分为三类。

1.1 直接并网

部分分布式电源发出工频交流电，符合大电网中的电能质量要求，对于这类发电装置通常使用直接并网方式并入电网使用。这类并网方式主要出现在笼型感应电机为主的风力发电机或者传统的小功率的同步发电机。

1.2 逆变器并网

其余的大部分分布式电源由于其能源来源波动性大等特点，发出的电能并不是工频交流电，需要先转化为工频交流电在并入电网。这些分布式电源通常采用电力电子装置完成转换过程，我们称之为逆变型分布式电源。具体的逆变过程有两种。

其一，直流型电源。有燃料电池、光伏电池、太阳能电池及储能电容等，这些直流电源的共同点是将化学能、太阳能等能源转化为直流电，然后经过逆变器装置并入电网。

其二，交流-直流-交流型电源。这类电源主要有微型燃气轮机、变频风力发电机等，发出的交流电能不是频率为50Hz的电能或者不能发出稳定频率的电能。要使发出的电能能够并入电网，需要先将发电机输出的交流电经整流装置变为直流电，再经逆变器装置转化为工频交流电之后并入电网，以控制电源的输出频率保证电能质量提高供电可靠性。

2 微电网故障特性分析

微电源（或DG）一般通过电力电子设备接入大系统，为临近负荷提供电能。正常状况下时由PCC开关将微电网与系统相连工作在并网模式下；当系统出现故障后，通过PCC开关迅速隔离微电网与大电网。当故障切除后，微电网通过相关程序控制，然后平滑恢复到与大电网并网运行状态。当分布式 接入配电网后，原有的单电源辐射状网络会转变成一种多电源的网络结构。微电源经逆变器等电力电子装置并入配电网，传统的配网中的各个保护设备之间依靠故障电流大小而仅有起来的动作时间配合关系也被破坏，继电保护的动作特性能也会受到很大的影响。

3 分布式电源接入位置不同对配电网保护的影响

3.1分布式电源并入配电网的始端母线上

此时只是相当于增加了配电网中供电电源的容量，而对于网络中的各条线路来说，并入分布式电源并没有改变网络中单电源辐射网络的网络架构。当此时网络中出现故障时，会加强保护元件流过的故障电流值，却不会影响各保护间的配合关系，所以说只要对各保护处的整定值重新进行校正即可，相对其他的各处保护的影响较小，可以不必要计较太多。整定数值重算，再输入相关参数里面即完成了校核工作。

3.2 分布式电源并入配电网的中间母线上

如上图所示，分布式电源并入网络中的中间母线3上，下面对网络线路上k1、k2、k3及相邻线路上k4、k5处故障时系统中的故障电流值的变化情况进行分析并总结其规律行。

（1）k1处发生故障。如上图所示，当故障点处于k1时，在PCC断开前系统短路电流有电源和分布式电源同时向故障点供应，但保护装置B2中则只会流过由系统电源提供的短路电流，测得的短路电流比实际的短路点处的短路电流要小，保护的灵敏度降低。此外当B2处的保护装置动作后由于分布式电源仍会向故障点提供短路电流，可能会使B2处的瞬时性故障变为永久性故障。

（2）k2处发生故障。当并入分布式电源的母线上游线路上出现故障，此处会出现上述k1处故障时相同的故障特点。同时该处故障还有一个k1处故障时不具有的特性：当k2处故障是灵敏度过低，导致较长时间的延时，此时后备保护B2会越级动作，扩大事故范围。

（3）k3处发生故障。如图当k3处发生故障时，由于短路电流由系统电源和分布式电源一起向故障点供应，间接导致过电流水平增加，保护的灵敏度增大。但是当两电源通过的短路电流过大是可能导致上一级线路L3上的保护B4也动作，会扩大事故范围。

（4）k5处l生故障。k5处发生故障时，在PCC断开前系统有电源和分布式电源同时向故障点供应短路电流，当故障电流过大时，保护的动作状况类似于k3处故障时的越级动作状况。

总结上面各类情况，一方面，可以看出并入分布式电源后会造成连有分布式电源的母线上游线路故障时灵敏度的降低，保护的延时，从而相关后备保护越级跳闸，扩大故障范围。又一方面，由于分布式电源提供的短路电流，可能会使的连有分布式电源的母线与系统电源之间的线路上各保护发生误动作，或者使相邻馈线上的保护灵敏度过大，进一步导致了保护范围故障范围扩大，这些都是因为反方向故障电流的作用效果。

4 中性点不接地单相接地故障特征分析

我国的10kV配电系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地。在这种系统中，发生单相接地故障时，由于其中性点是没有有效接地的，因此是没有短路回路的，自然也就不存在短路电流。由于其不影响供电，故允许带单相接地故障运行1～2h。但是这种情况下，系统健全相的对地电压变为了系统没有故障时相电压的倍，所以会对线路和运行设备的绝缘造成很大的损害，为避免线路绝缘被击穿造成更严重的故障，保证系统的安全运行，需要在发生故障后尽可能快地查出故障点并将故障线路或设备从系统切除。

5 结束语

微电网与大电网相结合的供电方式将是今后配电网发展的重要方向，未来的配电网将会是大量的微电网并入。完善保护和控制系统是今后微电网技术能够 继续有效的发展并广泛的加以应用的重要保障，针对于微电网并网运行和孤岛运行时的对传统电流三段式保护的影响有着非常重要意义。

参考文献：

[1]石庆均.微网容量优化配置与能量优化管理研究[D].杭州：浙江大学，2012，02.

[2]郑漳华，艾芊.微电网的部分技术探讨与微电网市场前景剖析[J].电网技术，2008，8.

[3]金强.分布式电源故障特性分析及微电网保护原理的研究[D].天津：天津大学，2011，11.