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含分布式电源的配电网新型保护方案：原理、实践与展望

一、引言

1.1研究背景与意义

随着全球能源需求的不断增长以及对环境保护的日益重视，分布式电源（DistributedGeneration,DG）作为一种高效、环保的发电方式，在电力系统中的应用越来越广泛。分布式电源通常是指功率在数千瓦至数十兆瓦之间，靠近用户端或分布在负荷中心附近的小型发电装置，如太阳能光伏发电、风力发电、生物质能发电、小型水电等。这些分布式电源具有投资小、建设周期短、能源利用效率高、环境污染小等优点，能够有效缓解传统集中式发电模式面临的能源短缺和环境污染问题，提高电力系统的供电可靠性和灵活性。

然而，分布式电源的大规模接入也给传统配电网带来了一系列严峻的挑战。传统配电网通常是基于单电源辐射状结构进行设计和运行的，其保护配置主要是按照电流从电源端流向负荷端的单向潮流特点来整定的。当分布式电源接入配电网后，配电系统的结构和运行特性发生了显著变化，由原来的单端电源网络转变为多端有源网络，潮流分布变得复杂多变，这使得传统的保护方案难以适应含分布式电源配电网的运行要求，可能导致保护误动作、拒动作以及保护灵敏度降低等问题，严重威胁到配电网的安全稳定运行。例如，当配电网发生故障时，分布式电源可能会向故障点提供短路电流，改变故障电流的大小和方向，使得传统的电流保护装置无法准确判断故障位置和故障类型，从而导致保护误动或拒动；在某些情况下，分布式电源的接入还可能使保护范围缩小，导致部分故障无法被及时检测和切除。

此外，分布式电源的间歇性和随机性也是影响配电网保护性能的重要因素。以太阳能光伏发电和风力发电为例，其输出功率受天气、季节、时间等自然因素的影响较大，具有很强的不确定性。这种间歇性和随机性会导致配电网中的潮流和电压波动频繁，进一步增加了保护整定和配合的难度，使得传统保护方案在应对分布式电源接入后的复杂工况时显得力不从心。

综上所述，分布式电源接入配电网后对传统保护造成了多方面的影响，严重制约了分布式电源的大规模应用和配电网的安全稳定运行。因此，开展含分布式电源的配电网新型保护方案研究具有极其重要的现实意义。通过研究新型保护方案，能够有效解决分布式电源接入带来的保护问题，提高配电网的保护性能和可靠性，确保分布式电源与配电网的协调稳定运行，为分布式电源在电力系统中的广泛应用提供坚实的技术支撑，促进能源结构的优化和可持续发展。

1.2国内外研究现状

随着分布式电源在配电网中的广泛应用，其对配电网保护的影响及新型保护方案的研究成为了国内外学者关注的焦点。

国外对分布式电源接入配电网保护问题的研究起步较早，取得了一系列具有代表性的成果。美国电力科学研究院（EPRI）开展了大量关于分布式电源与配电网相互作用的研究项目，在分布式电源接入对传统保护影响的分析方面积累了丰富的经验。其研究发现，分布式电源接入会使配电网故障电流大小和方向发生改变，导致传统电流保护的整定配合变得复杂，容易出现保护误动和拒动的情况。为解决这一问题，美国一些地区采用了自适应保护技术，通过实时监测系统运行状态和分布式电源出力，动态调整保护整定值，提高了保护的适应性。

在欧洲，丹麦、德国等国家在分布式电源发展和应用方面处于世界领先地位。丹麦的风电渗透率较高，其针对含风电分布式电源的配电网保护开展了深入研究。研究人员提出了基于广域测量系统（WAMS）的保护方案，利用WAMS实时采集全网的电气量信息，实现对配电网故障的快速准确判断和隔离。德国则侧重于分布式电源与微电网的融合发展，在微电网保护方面取得了显著成果。德国学者提出了一种基于多代理系统（MAS）的微电网保护策略，通过各个代理之间的信息交互和协同工作，实现对微电网内部故障的快速定位和隔离，提高了微电网的保护性能和可靠性。

在亚洲，日本在分布式电源接入配电网保护技术研究方面也有诸多成果。日本由于地理条件限制，能源资源相对匮乏，因此大力发展分布式电源，尤其是太阳能光伏发电。日本学者针对分布式电源接入对配电网继电保护的影响进行了详细分析，提出了基于通信技术的纵联保护方案。该方案通过通信网络将配电网中各个保护装置连接起来，实现保护装置之间的信息共享和协同工作，有效解决了分布式电源接入后保护的选择性和快速性问题。

国内对于含分布式电源配电网保护的研究虽然起步相对较晚，但近年来发展迅速。众多高校和科研机构在这一领域展开了深入研究，取得了丰硕的成果。清华大学的研究团队在分布式电源接入对配电网保护影响的理论分析方面做出了重要贡献。他们通过建立详细的分布式电源和配电网模型，深入研究了分布式电源接入位置、容量以及类型等因素对配电网短路电流、电压分布和保护性能的影响规律。在此基础上，提出了基于故障分量的自适应电流保护方案，该方案利用故障分量的特