分布式发电对配电网继电保护的影响分析

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  摘要:分布式发电作为高效环保的新兴发电技术,经过了多年的发展,在我国电力系统中得到了广泛应用。但电力系统中大量的接入分布式发电系统,会改变原有继电保护装置的基础条件,进而影响对配电网的继电保护。本文对分布式发电做了简单说明,然后阐述了分布式发电对配电网继电保护产生的影响。
  关键词:分布式发电;配电网;影响
  1、引言
  分布式发电的发电功率在几千瓦到数百兆瓦(个别限制在30-50兆瓦左右),可靠高效,布置在用户附近分散式的小型模块发电单元。近年来,因为对温室气体排放的新要求和电力市场的开放,以太阳能、风能为代表的环保、经济的新能源分布式发电方式引起了人们的广泛关注。分布式发电的引入能够充分的利用太阳能、风能等可再生能源,降低环境压力,具有调峰、降低网损、提高供电可靠性等优点,具有很高的社会效益和经济效益。但是,分布式发电的引入对配电网产生了很多影响,尤其是技术方面的影响,其对配电网的继电保护会直接影响电网的稳定运行。
  2、分布式发电的特点和类型
  2.1、分布式发电的特点
  与传统的集中式发电方式相比,分布式发电技术主要有以下突出特点:
  1)传统的集中式发电主要以煤为主要燃料,不可避免的对大气产生污染,影响周围环境。而分布式发电能够充分利用太阳能、风能、水能、生物质能以及余热等可再生清洁能源,发电形式多种多样,不会对周围环境造成污染。
  2)分布式发电的容量较小,一般在2千兆到50兆瓦,所以其对地点没有特殊要求,地域灵活性较强。分布式发电还可以灵活地利用当地的季节性能源,如对于作物秸秆可以通过生物质能发电,避免了就地焚烧带来的环境污染和浪费。
  3)由于分布式发电具有投资少、地域灵活、供电可靠性高等特点受到企业和私人用户的青睐,所以分布式发电的私有化程度高,但分布式发电发展的同时也为电网的稳定控制带来了困难。
  2.2、分布式发电的类型
  分布式发电包括太阳能光伏发电、风力发电、以液体或气体为燃料的内燃机、微型燃气轮机、生物质能发电等类型,其中又以太阳能光伏发电、风力发电和燃料电池发电技术应用最为广泛。
  1)太阳能光伏发电
  太阳能光伏发电主要是通过半导体材料所产生的光伏效应,将太阳的光能和热能直接转化为电能来进行发电。
  2)风力发电
  风力发电是通过风车将风的动能转换成电能来进行发电,同时也具有无污染的优点,是可再生的清洁能源。风力发电的实际输出功率主要取决于风的大小,一般在25%左右。
  3)燃料电池发电
  燃料电池发电不同于传统的火力发电,燃料电池发电指的是燃料在催化剂作用下与特应氧化剂相结合所产生的化学反应所进行的发电,其实质是利用化学能进行发电,燃料的种类多种多样且不需要经过燃烧。
  3、分布式发电对配电网继电保护的影响分析
  3.1、对继电保护整定与配置的影响
  目前我国的中、低压配电网一般结构简单的单侧电源、辐射型供电网络,分布式发电通常会接入公共配电网络,接入后的辐射型网络将变为一种遍布电源和用户互联的网络,所以配电网继电保护的配置会直接影响到网络状况。继电保护的典型配置为:变电站内的线路保护于母线断路器附近装设,并配置定时限电流速断保护、瞬时电流速断保护以及过电流保护的三段式电流保护;对于非全电缆线路,需配置三相一次的重合闸,确保线路在发生瞬时故障时能够快速的恢复供电;而对于与相邻线路不存在配合问题的终端线路,可以简化保护配置,采用瞬时电流速断保护和过电流保护的二段式保护,外加三相一次的重合闸来进行保护。
  由于分布式发电的引入会对继电保护的性能产生较大影响,而继电保护的整定是根据继电保护的性能所做出的合理配置,所以其对继电保护的整定、配合有一定的影响是必然的,同时也会影响继电保护的配置。而且运行方式将会直接影响电流保护的范围,特殊情况会导致配合难度增加,可能必须改为距离保护或纵联保护才能解决配合问题。
  3.2、对继电保护性能的影响
  1)可靠性。由于分布式发电的引入,当线路产生故障时,系统保护快速动作切除故障点后,分布式发电装置仍然继续向故障点提供着电流,可能会将瞬时故障转变成永久故障,进而使得重合闸不成功。
  2)灵敏性。分布式发电的接入在配电网中增加了电源,导致了电网运行方式的改变,所以必定会影响继电保护的灵敏度。其后果可能导致灵敏度的提高或降低,其影响程度与分布式发电装置的安装位置、保护安装位置以及故障发生位置相关。继电保护灵敏度的受电网运行方式的影响。
  3)速动性。分布式发电对继电保护的速动性产生的影响,仍是引起了故障电流大小、方向的改变所导致的,其影响包括:一、原本应从保护一段进行切除的故障受分布式发电的影响,可能只能够从保护二段切除,进而影响了继电保护的整体速动性。二、对于反时限过电流保护来说,若分布式发电使得故障电流减小,会导致继电器的动作速度降低;
  4)选择性。继电保护的整定与选择密切相关。目前继电保护整定在考虑选择性时,要求定值和时间上的配合,所以保护的选择性普遍达标,但分布式发电的引入会影响保护的选择性。因为分布式发电的引入可能导致保护失去选择性,还会给整定配合增加难度。而且由于选择性、灵敏度的要求,有可能导致保护速动性的降低。
  3.3、分布式发电对继电保护的产生影响的重要因素
  分布式发电对继电保护产生的影响时,其容量和接入方式是削弱或消除影响的关键。
  1)容量。因为继电保护本身和整定一般都会留有一定裕度,所以当分布式发电容量很小时,不会引起继电保护的显著变化,但其容量较大时,必定会对负荷电流、故障电流造成影响,进而影响到继电保护的性能。2)接入位置。配电网在不同位置产生故障,分布式发电对其所产生的影响都有所不同。所以分布式发电的接入位置有所不同,也会带来的不同程度的影响。   4、解决方法和新技术
  由上文可以看出,分布式发电对配电网继电保护的影响方面非常多,在制定针对这些方方面面的解决方法时,也应考虑继电保护方面的新技术。
  4.1、目前可行的解决方法
  1)限制分布式发电机组的容量,达到改善对配电网继电保护产生不利影响的目的。目前我国对分布式发电机组的容量进行了大量研究,在其规模容量和对电网的影响之间进行权衡,但如今分布式发电机组容量在不断增大,但这种方法必将表现出局限性。
  2)改变继电保护配置。若存在配电网本身薄弱的原因,那么改变现有的保护配置有利于问题的解决。如采用受运行方式影响较小的距离保护,或采用可获得双端信息的纵联保护,能够有效地保护分布式发电与配电网间的连接线路并且有利于相邻线路的配合。但是,改变继电保护配置存在很多困难,一方面,相对于电流保护来说,距离保护装置和纵联保护装置的价格要高出很多,而且其他相关配置也需要额外的投入,不够经济;另一方面,因为分布式发电的影响面较大,若相邻线路多条同时改变继电保护配置存在很大难度,存在很大的复杂性。而且随着分布式发电的数量增多,继电保护的投入还会继续增大。
  3)如果能够在分布式发电端布置合理的保护配置,在电网发生故障时分布式发电端能够感受到电网发生的故障情况,进而限制对故障点的电流输送。另外,在电网发生故障时,从电网端将分布式发电机组迅速切除,也可以避免分布式发电带来的影响。
  4.2、配电网继电保护相关新技术
  1)微电网技术。微电网将发电机、储能装置、控制装置和负荷等结合成一个单一的可控单元,电源即为分布式电源。微电网技术只需针对大电网与微电网的公共连接点,不用针对各分布式电源。微电网可以解决分布式发电大规模的接入问题,充分发挥分布式发电的各种优势。
  2)同步相量测量单元和广域测量技术。GPS的发展也使得同步相量测量单元技术得到很大发展,研制并安装同步相量测量目的是对系统暂态稳定的监测、控制,该技术的发展为电力系统的动态监测提供了可能性。目前该技术广泛应用在广域测量系统,作为稳定控制措施的第三防线。在广域测量系统中,同步相量测量能够获得多点电流电压量,有利于继电保护的配合和电网对于分布式发电端情况的检测。
  5、结束语
  在分析了分布式发电对配电网继电保护的影响,并提出了一些可行的解决办法,但这些办法中存在一定的局限。所以,研究人员应从如今的使用现状出发,针对各种对继电保护产生影响的因素,并制定科学的改进措施,达到降低分布式电源损害继电保护的目的,确保配电网的正常供电,同时这也是分布式电源与配电网相适应的发展需要。不断的发展、利用新技术,这些问题都将会被削弱并得到解决。
  参考文献
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