接入光伏電源對(duì)保護(hù)靈敏度影響的研究

韓天博

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

接入光伏電源對(duì)保護(hù)靈敏度影響的研究

韓天博

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海519000）

智能配電網(wǎng)的主要特征之一支持分布式電源（DER）的大量接入，分布式電源的接入改變系統(tǒng)的故障電流水平、持續(xù)時(shí)間及方向，影響繼電保護(hù)可靠性和安全性，對(duì)靈敏度的改變尤為明顯。以珠海3C智能電網(wǎng)的光伏發(fā)電電源為依托，對(duì)電源特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種隨分布式電源出力的變化，故障電流整定值相應(yīng)變化的整定方案，從而消除對(duì)靈敏度降低的不良影響，并通過(guò)實(shí)際算例加以佐證其方案的可行性。

智能配電網(wǎng)；光伏電源；靈敏度

DOI：10.3969/j.issn.1009-9492.2015.01.010

0　引言

在日益發(fā)展的新能源應(yīng)用中，太陽(yáng)能是重要的能源之一。它的安全、清潔和用之不盡等特點(diǎn)得到了世界各國(guó)學(xué)者的青睞。目前，和太陽(yáng)能息息相關(guān)的光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)也得到了有效推廣，已成為發(fā)展最迅速的高科技產(chǎn)業(yè)之一。

琴韻變電站是珠海橫琴新區(qū)第一個(gè)220 kV變電站，在珠海首次采用220/20 kV電壓層級(jí)方案，按即3C綠色電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。采用光伏發(fā)電接入的方式，電站安裝功率為79.12 kW，太陽(yáng)能電板方陣所產(chǎn)生的直流電通過(guò)并網(wǎng)逆變器變成380V三相/50 Hz或220 V單相/50Hz的交流電，并連接至# 1站用變低壓側(cè)總進(jìn)線。由于光伏發(fā)電系統(tǒng)具有良好的環(huán)境效益，不會(huì)造成溫室氣體的排放，是建設(shè)環(huán)境友好型智能變電站的首選方案［1］。

但是，光伏發(fā)電接入后，由于對(duì)原有拓?fù)浣Y(jié)果產(chǎn)生不可避免的影響，因此該智能配電網(wǎng)的潮流方向、短路電流等參數(shù)均發(fā)生了變化，孤島效應(yīng)也對(duì)母線自投切裝置和重合閘產(chǎn)生不利影響［2］，因此有必要對(duì)傳統(tǒng)配網(wǎng)保護(hù)裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和改造。

1　光伏發(fā)電對(duì)繼電保護(hù)靈敏度的影響分析

假設(shè)光伏電源為IIDG，其容量為Sg。其接入系統(tǒng)后分析模型如圖1所示。

若d1處發(fā)生短路，故障點(diǎn)由系統(tǒng)電源Es和并入電源Eg同時(shí)提供，然而由于Eg具有分流作用，流過(guò)保護(hù)1的故障電流將減?。?-5］。DG容量越大，分流作用越明顯，流過(guò)保護(hù)1的故障電流就越小，可能小于保護(hù)1的整定值，使其靈敏度降低甚至拒動(dòng)。

Eg和ES分別為光伏分布式電源和系統(tǒng)電源的等效電動(dòng)勢(shì)；Zs和ZL分別為兩個(gè)電源的等效阻抗；Sg為接入電源的容量。U為母線電壓。在最大和最小運(yùn)行方式下系統(tǒng)側(cè)的等效阻抗為Zmax和Zmin。

圖1　含分布式電源的繼電保護(hù)特性模型

于是分布式電源的等效電動(dòng)勢(shì)為：

即分布電源的容量是短路電流Ik的二次函數(shù)。由于現(xiàn)實(shí)中容量取值范圍小，因此可以看作Sg和Ik成正比的關(guān)系。即可令ΔIk=mΔSg，m為常數(shù)。

2　提高含光伏電源的配網(wǎng)保護(hù)靈敏性的方法

由上面分析可知，當(dāng)接入電源容量減少時(shí)，保護(hù)感受的電流成正比例的減少。如在t時(shí)間后接入電源退出運(yùn)行，那么保護(hù)的電流由Ik降到了Ik-Ig，有可能造成保護(hù)靈敏度不足而拒絕動(dòng)作［3-6］。

由于分布式電源的容量是固定的，即在接入和退出之間的ΔSg=Sg，即容量本身。即在接入和退出光伏發(fā)電后保護(hù)的短路電流的減小是一個(gè)常數(shù)。于是對(duì)Ⅰ段保護(hù)而言，可令

新的保護(hù)整定值為：

即速斷保護(hù)的定值減少量和故障電流的減少量成正比，比例系數(shù)為Ⅰ段保護(hù)的可靠系數(shù)，一般取1.2。

系統(tǒng)的Ⅱ段限時(shí)電流保護(hù)整定值則隨著下級(jí)線路的定值調(diào)整。即：

3　算例驗(yàn)證

下面通過(guò)一個(gè)算例驗(yàn)證。圖2為接入分布式電源的配網(wǎng)模型。

取系統(tǒng)的最大運(yùn)行方式下阻抗為：Xmax=0.13 Ω，Xmin=0.01 Ω，lAB=10 km，lBC=6 km，末端負(fù)荷阻抗均為（30+j15.7）Ω。設(shè)光伏電源容量為8 MVA。

如表1，由于電源出力的范圍在0～8之間，當(dāng)d1發(fā)生短路時(shí)，故障位置為70%，可靠系數(shù)取1.2，則有于是電流差和出力差的比值接近0.0012，為一個(gè)常數(shù)。即當(dāng)出力減少的時(shí)候，保護(hù)3的速斷保護(hù)定值也在不斷降低。

圖2　接入光伏電源的配網(wǎng)模型

光伏電源的出力在0～8 MVA的范圍變化，通過(guò)仿真看到保護(hù)3的整定值和保護(hù)范圍的變化如表2。

可知整定值與故障電流大小關(guān)系為：

即保護(hù)定值要以靈敏度為大小的變化速度減小，這樣無(wú)論接入的分布式電源的輸出大小如

表1　R電源出力值與故障電流差的對(duì)比

表2　R保護(hù)3的整定值與保護(hù)范圍的變化情況對(duì)比

何，都能使保護(hù)的最小范圍在73%以上，從而使接入分布式電源后保護(hù)靈敏度降低的問(wèn)題得到有效解決。

4　小結(jié)

本論文在珠海3C智能電網(wǎng)采用的逆變型分布式電源的背景下，對(duì)電源特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了一種隨分布式電源出力的變化，故障電流整定值相應(yīng)變化的整定方案，從而消除對(duì)靈敏度降低的不良影響。經(jīng)算例分析得出了此方案在理論上是可行的。

［1］錢科軍，袁越，石曉丹，等.分布式發(fā)電的環(huán)境效益分析［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2008，28（29）：11-15.

［2］梁有偉，胡志堅(jiān)，陳允平.分布式發(fā)電及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27（12）：71-75，88.

［3］周衛(wèi)，張堯，夏成軍，等.分布式發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（3）：10.

［4］馬宏亮，楊進(jìn).分布式電源對(duì)配電網(wǎng)距離保護(hù)影響的分析［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2010（10）：82-85.

［5］王鑫，徐習(xí)東，琚軍，等.基于層次分析法的繼電保護(hù)消缺優(yōu)化研究［J］.機(jī)電工程，2013（12）：1540-1545.

［6］賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理：第四版［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

（編輯：阮毅）

Protection Research of the Distribution Network with Photovoltaic Power

HAN Tian-bo
（Zhuhai Board，Guangdong Power Grid Corporation，Zhuhai 519000，China）

Large intervention of distributed generation is the feature of Smart Distribution Grid，while it can make change of the load flow，and impacts the power system security，especially for the sensitivity.This paper raises a program of alter current setting by the altering of contribution of the distributed generation，on the base of the“3C Green Grid”in Zhuhai and the analysis of current characteristic，which can eliminate ill effects.Finally，the feasibility is checked through an actual example.

smart distribution grid；photovoltaic inverter；sensitivity

TM72

J

1009-9492（2015）01-0041-02

2014-03-06

韓天博，女，1988年生，黑龍江黑河人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：繼電保護(hù)。