背景
随着“双碳”目标的推进，高比例新能源接入电力系统已成趋势，新型电力系统以高比例新能源供给消纳体系建设为主线任务。配电网由无源网络向有源网络转变，分布式新能源、储能系统、多元化负荷等新要素不断丰富，源荷边界模糊化，平衡模式、功能形态、结构形态、设备形态、控制形态将发生改变。分布式电源接入后，将改变传统配电网故障时的电气量特征，对线路侧和DER侧保护提出适应性问题，需统筹考虑构建一体化方案。
问题提出
分布式电源接入对配电网保护的影响主要体现在以下三个方面：
- 对线路侧保护的影响：分布式电源接入后，其出口短路电流对不同测点的助增或助减作用显著，需根据分布式电源提供的短路电流和系统提供短路电流的占比进行调整。
- 对重合闸与馈线自动化的影响：
- 重合闸：分布式电源可能继续给故障点供电，影响故障电弧熄灭，降低重合闸成功率，甚至因不同期合闸产生冲击电流。
- 就地型馈线自动化：分布式电源未脱网将导致残压影响失压分闸逻辑，开关无法正常跳闸；合闸逻辑因开关分位有流而延时合闸。
- 集中型馈线自动化：分布式电源未及时脱网将改变传统配电网故障分布特征，引起主站对故障范围误判。
- 分布式电源侧保护问题：
- 防孤岛保护问题：防孤岛保护的作用是在出现非计划孤岛运行状态时切除DER，避免电压/频率损坏设备，并防止配电线路与设备继续带电，威胁运维人员安全。中国防孤岛保护主要采用电压/频率保护，而国际标准IEEE1547要求DER应在电压/频率异常时具有穿越能力，两者存在矛盾。
阶段性研究进展
线路侧保护
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第一阶段目标：线路侧保护可靠动作切除故障。
- 关键技术1：适用于多类型DG多点并网的配电网多级方向电流保护方法。通过配置多级方向电流保护，并考虑DG接入影响的继电保护具体配置与整定原则，实现保护可靠动作。
- 案例仿真分析：选取10kV典型配电网络搭建仿真模型，验证所提方向判据和保护均能保证保护正确动作，适用于不同类型DG多点并网。
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第二阶段目标：故障精准定位隔离，仅故障区段分布式电源脱网。
- 关键技术2：基于对等通信手段的故障精准定位隔离技术。利用对等通信技术手段（如5G、光纤差动）准确识别出故障区段，实现故障快速精准的定位与隔离，区段内的分布式电源快速启动防孤岛保护脱网，区段外的具备主动支撑能力的分布式电源不脱网。
重合闸与馈线自动化
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重合闸问题解决思路：
- 当前技术存在的问题：重合闸等待时间长、依赖通信通道、需要在线路侧安装电压互感器。
- 关键技术3：就地型自适应重合闸技术。通过检测跳闸之前的母线侧电压，根据预先设定的考虑低电压穿越的防孤岛保护动作时间，调整重合闸动作时间，实现自适应重合闸。
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馈线自动化问题解决思路：
- 对就地型馈线自动化的影响：必须确保防孤岛保护动作可靠性。
- 对集中型馈线自动化的影响：可靠防孤岛保护与方向保护相结合，优化防孤岛保护性能，避免分布式电源注入电流的影响。
分布式电源侧保护
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第一阶段目标：故障发生后快速可靠防孤岛动作。
- 关键技术4：一种适用于VSG并网逆变器的孤岛检测方法。采用dg坐标系下计算的电压相位变化率进行孤岛检测，并在VSG有功环中加入角速度误差负反馈，可将孤岛检测的频率死区降低。
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第二阶段目标：实现分布式电源兼具扰动穿越与故障时快速脱网能力。
- 研究内容：高比例分布式电源接入条件下的涉网保护新原理，配电网故障、系统扰动及孤岛运行状态辨识技术。
- 关键技术5：一种基于故障特征量的防孤岛保护定值自适应配置方法。PCC处配置两套定值（一般灵敏度和高灵敏度），根据频率变化率特点，启动高灵敏频率定值快速切除DER，启动低灵敏频率定值并延时动作，保证穿越运行。
小结
- 第一阶段：实现了线路侧保护的可靠动作和分布式电源的可靠脱网，技术核心为以现有保护架构为基础，采用定值整定和方向闭锁元件相结合。
- 第二阶段：实现故障后分布式电源最小化脱网，技术手段为采取两套防孤岛保护定值组选择性投入，应对扰动时分布式电源的穿越运行，故障和孤岛时分布式电源的快速切除。
- 技术突破：实现了线路继电保护准确动作、故障区段的准确识别、防孤岛保护性能的优化、故障后分布式电源最小化脱网、重合闸成功率的提升。
- 未来展望：预计在中短期内，该模式是有源配电网保护主要模式技术突破；预计在远期，该模式为适应有源配电网发展的重要精益化、经济化模式。
