中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司 孙莎莎 赵 永 安庆电力规划设计院有限责任公司 陈东霞 汪李来

1 引言

电力是人类社会发展的重要动力，也是科技进步的基础。进入21世纪以来，随着我国经济的迅速发展，电力需求日益增长，电力系统的建设规模也在不断扩大，电力系统的运行难度、设备负载也在不断增加，新能源在配电网络中的应用将日益突出。分布式新能源是一种新的发电能源，具有高效、环保等优势和特点，目前在一些国家得到了应用。分布式新能源具有独立性，可由用户单独管理，不影响其他电厂，并且具有良好的稳定性。同时，在不可预测情况下可尽快做出调整，以满足消费者需求的电力供应。但分布式新能源在利用过程中会影响到配电网保护，并且在一定程度上限制了电网安全运行，因此要注意这些影响因素的特点，针对影响因素研究出相应的解决方案，为我国电力工业的发展和电网系统的建设提供重要的技术保障措施。

2 分布式新能源概述

分布式能源是指具有最佳环境价值的清洁能源发电，如风能、太阳能和核能是清洁和无污染的可再生能源，通常与低压电网连接。图1为分布式新能源详解图。然而，一旦连接到电网，这些能源会对短路和交流电流、电网保护功能和配电网络质量产生影响。在接电作业中，工作人员应在相关配电区域安装发电设备（不超过30MW），主要是光伏发电机、燃气轮机、蓄电池和其他可有效连接到电网设备应安装在靠近用户的供电区域，以减少供电过程中能源损失，提高供电质量。

图1 分布式新能源

但在应用继电保护过程中，对技术使用所造成的负面影响主要有以下几点。首先，产生拒动保护后，新的电力可以分配到馈线配网，供网的电流和电压值相应降低，整个电路会自动做出保护措施。其次，当电力系统中相邻的电源发生故障时，可能会导致周围其他正常电源跳闸，出现供电异常情况[1]。最后，通常与新的分布式电源相关的自清故障，可能会使自清功能失效，在故障位置没有同时重新连接，故而电弧的弧度仍然存在。因此，这些负面影响对配电网保护工作质量有很大影响，电力公司要更加关注以上问题，以减轻负面影响，实现分布式新能源技术的高水平部署。

3 分布式发电原理和发电技术分析

分布式能源技术主要有三种类型。第一种是利用半导体材料为动力的光电技术，利用材料的性质来制造光电效果，然后把太阳能转换成电能。该技术使用的材料较少，不污染环境，灵活性强，相对容易维护，但转换效率较低，一般在7%～15%[2]。第二种是风力发电，也就是风能发电，与之前的技术相同，风力发电是一种洁净的能源技术。风力的大小与发电效率有着密切的关系。风力发电是目前我国较为广泛使用的清洁能源，其效率约为26%。第三种能源生产技术是燃料电池，与传统的热能发电技术相比，燃料电池并不是靠燃烧燃油，而是靠化学反应来发电。目前，燃料的应用范围更广，也更适宜使用。虽然发电涉及热能损失，但发电效率可超过40%。

4 分布式新能源接入配电网继电保护的影响

4.1 继电保护的作用及其组成

继电器在电力系统或电气设备发生故障时，能及时发出保护和报警，从而实现对电力系统的安全保护，防止设备被破坏。继电器的保护系统包括测量、比较、执行、逻辑判断等。其基本原理是对电网的运行参数进行监控，从而实现对电网的保护。在电网运行过程中，各参数之间存在显著的差异，其中包括电流、电压、功率、频率等参数，而继电保护则是根据这些参数的变化，对电网的运行状况进行判断，并对故障的性质进行分析，从而做出相应的防护措施。继电保护是保证电网安全、减少故障、提高供电可靠性和稳定性的必要措施。

4.2 分布式新能源对配电网继电保护的影响

配电网络中常见的新保护概念是三相电源保护。在配电网络中，新的电力分配将导致额外的故障电流和在发生故障时潜在的双向故障电流。当流经保护装置的电能增加或减少时，新的分布式能量具有可变效应，改变了保护装置工作范围，容易对继电保护造成制约效果。由于配电网主要是单向能源，在中继网络中没有分流，因此在线路发生故障情况下，连接到新的分布式电源节点，必须由系统故障方向的新分布式电源来供应。从本质上讲，这意味着当新的分布式电源出现时，这种保护具有剩余电流保护功能，但没有传统电流保护的方向性因素，如果剩余电流超过额定电流，保护就会失去选择性。如图2所示，结合了一条线路终端的分布式电力。在电流强度波动时，会引起继电器的故障，这种故障会削弱其功能，影响到配电网络的正常运行。同时，分布式发电也会导致故障的发生，因为电流减少，会影响继电器的工作灵敏度，甚至会导致继电保护的拒动，从而给配电系统带来诸多不确定性。

图2 线路终端并入分布式发电

4.3 降低分布式新能源对继电保护的策略

上述分析表明，分布式新能源资源在接入配电网方面有明显优势，但其对继电保护的影响也不容忽视。如果输电网因连接新的分布式电源而受到干扰，电力系统便会出现故障，不能完成继电保护功能，因此当一个新的分布式电源连接到配电网时，必须对设备进行适当维护。

减少故障发生和设备性能定期维护是电气设备无故障运行的重要保障，所以应当消除安全隐患，有效防止故障蔓延，充分发挥继电器的保护功能。定期维护计划应以新的分布式电气设备的运行为基础[3]，尽管设备故障没有一定的规律性，但是在继电器、分布式电源等领域都存在着同样的问题，因此必须充分发挥维护功能，增强维护能力。

5 分布式新能源接入配电网继电保护的途径分析

5.1 接入分布式新能源的电网继电保护

在实施新的发电能力时，当配电网发生短路时，若为单向供电，该技术可以自动与配电网断开，从而实现继电保护功能。该方法是传统的方法，对于新型分布式电源产生的浪费问题，应引起技术研究人员的重视，经过研究改进的技术人员在现阶段接入发电技术中应用的短路故障，可以通过新型分布式电源的短路供电电流和继电保护电流，调节方法进行应用，解决短路问题。

5.2 环网差动保护

该保护方式，能够研究和收集与新型分布式电源相连的配电网运行过程中，所有断路器、开断情况等信息，随后进行差动计算，快速找到配电网中的具体故障点，并能直接监控该区域的所有故障点，防止故障的严重程度影响周围线路的电能质量。这种保护策略根据运行方式的不同，保护值的配置也略有不同，工作人员需要根据具体情况很好地调整这些保护值，使环网型差动保护能够有效地改善和解决新电源接近时的分布式故障。

首先，如果受控断路器安装在一个子区域的不同分支上，可以计算出电路短路后的差动电流，如果其数值大于0，可以断定该区域存在短路问题。假设环网保护监测的受控断路器为K0-12，短路点为F1-6[4]，如果K5和K6其中一个开关的电流矢量计算值远大于0，可以将这两个开关之间的区域定义为特定的短路点，并跳闸隔离短路点，即F4为短路点。其次，在评估子区域内没有受控断路器的馈线的故障情况时，必须比较两个差分电流数据，即负载电流和值，如果差分电流大于第二个值，则认为该问题为短路。最后，为了调查环路末端的短路问题，应检查流经该点的开关电流，并与最大馈电电流值的总和进行比较，超过该值就会在终端区域发现短路现象。

5.3 后备保护、保护动作时序配合

该继电保护技术通过分步过流保护来保护安装在配电网中的断路器，当环网差动保护发生故障时，过流保护会自动保护电路并再次关闭，而没有受到环网保护的分支电路可以通过过流保护快速中断故障区来保护。过电压保护技术和高低频保护技术，也可为新的分布式配电网络提供有效继电保护。保护的时机对于配电网中的继电保护非常重要，差动环网保护可以在故障发生后迅速检测到故障区域，从而使断路器及时介入。如果在故障发生后200ms 没有观察到保护动作，则认为断路器没有触发任何保护动作。如果故障发生后500ms 断路器没有断开，可以认为是新的电源装置触发了保护动作。

5.4 防孤岛保护

在配电网运行过程中，若出现主网故障，将会导致孤岛的运行，此时孤岛上的电压和电流都会被影响，致使电力和频率的异常波动，不能保证电力供应，如果不能及时修复，可能会在断路器、线路的影响下，导致人身安全事故。因此，根据电阻法的原理，采用防孤岛保护技术，可以在短路故障后对有关断路器和线路进行精确的检测，确认是孤岛故障后，再根据故障原因制定相应的解决措施。当主网与配电网无法建立起有效的连接时，这种保护系统可以将多端口的分布式新能源供电直接切断，从而有效地防止了网络中的孤岛操作。

6 分布式发电自身的保护配置

我国已为分布式发电制定了适当的保障措施，分布式发电的特殊保护可以提高配电网运行稳定性，并与分布式配电系统和相关系统合作，补充互联保护。一般而言，互联保护有几个主要功能。首先当检测到配电网有故障时，微电网和中断的网络之间的连接立即中断，向分布式发电旁边的负载供电，电压和频率继电器决定发电机或负载是否被打开。然后应在电网故障恢复后检查继电器，记录微电网和电网的电压、频率和偏转角参数，必要时重新建立微电网和电网的连接。

继电器可以检查电流的方向，如果检测到微电网开始向电网供电，那么就会解除电源。此外，还需要注重对孤岛现象的检测，即如何快速识别电网或电网与微电网连接处的故障原因，以便更快速地断开两个系统，保持配电网的电压和频率参数稳定，使得重合闸可以采取适当的措施，确保电力供应。在孤岛的情况下，分布式电源难以保持微电网的电压和频率参数与连接到电网时相同，并且会出现波动。因此，频率可变性原则被用来确定是否发生了孤岛现象。

7 结语

分布式新能源的优势在于，在应用于电力系统时，对环境起到了积极正向的影响作用，可以满足目前我国对于电力的大量需求，对我国电力工业的发展起着重要作用，可以有效减少电力传输损耗。然而，分布式新能源也有较大弊端，如改变了电力分配，使继电保护变得困难。因此，在新能源的分配上应采取适当的保障措施，消除对继电保护的影响，促进中国电力行业的可持续发展。