DG容量對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)影響的算例仿真

黃小珈

(廣州供電局有限公司,廣東廣州 510000)

DG容量對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)影響的算例仿真

黃小珈

(廣州供電局有限公司,廣東廣州 510000)

對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)展開研究,文中針對(duì)DG容量對(duì)傳統(tǒng)過流保護(hù)的影響進(jìn)行了MATLAB仿真。分析了分布式電源并入配電網(wǎng)后在線路不同位置發(fā)生短路故障時(shí)DG對(duì)短路電流產(chǎn)生的助增、汲流和反方向電流的影響。

分布式發(fā)電 DG配電網(wǎng) 電流保護(hù) Matlab仿真

我國(guó)對(duì)分布式電源的研究尚處于起步階段，計(jì)劃在2020年將我國(guó)的風(fēng)電裝機(jī)容量提高到2000萬(wàn)千瓦，占到我國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的2%。在分布式發(fā)電中目前應(yīng)用較為廣泛的主要有小水電、風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和熱電冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)。所謂分布式電源(Distribution Generation，簡(jiǎn)稱DG)，既指?jìng)鹘y(tǒng)的分散獨(dú)立小型電源，更指未來采用分布式技術(shù)聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)的一“群”或成組的小型分散電源。

在研究分布式電源的配電網(wǎng)過電流保護(hù)時(shí)，DG模型通常用一個(gè)電源串聯(lián)電抗的模型來表示，DG對(duì)三段式電流保護(hù)的影響主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(1)對(duì)流過保護(hù)的電流產(chǎn)生助增作用，導(dǎo)致線路對(duì)應(yīng)保護(hù)電流測(cè)量值增大，使保護(hù)失去選擇性，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。

(2)對(duì)流過保護(hù)的電流產(chǎn)生汲流作用，減小流過保護(hù)的短路電流，降低保護(hù)的靈敏度，嚴(yán)重時(shí)甚至拒動(dòng)。

(3)分布式電源向鄰母線反方向提供短路電流，超過保護(hù)整定值，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。

1 仿真分析

對(duì)以上分析進(jìn)行MATLAB/simulink仿真，建立配電網(wǎng)仿真模型，通過實(shí)際算例分析DG容量對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響。

1.1 確定模型參數(shù)

采用10kV配電網(wǎng)進(jìn)行算例仿真，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。線路參數(shù)：

額定電壓：11kV，4個(gè)節(jié)點(diǎn)(A，B，C，D)。

每段線路阻抗：R=0.12 Ω，X=0.029H，長(zhǎng)度為2km。整個(gè)系統(tǒng)的電壓降落不超過額定電壓的10%。

負(fù)荷：每個(gè)母線上接的負(fù)荷都是1MW，功率因數(shù)是0.95?？偟呢?fù)荷是2MW。

系統(tǒng)電源：額定電壓為11kV。

DG：額定電壓為11kV，所有DG均以0.95的功率因數(shù)運(yùn)行。

1.2 建立仿真模型

采用10kV放射狀配電網(wǎng)進(jìn)行算例仿真，以同步發(fā)電機(jī)作為分布式電源，建立仿真模型。根據(jù)三段式電流保護(hù)，即瞬時(shí)電流速度、限時(shí)電流速斷一起作為本線路相間短路的主保護(hù)；定時(shí)限過電流保護(hù)則作為本線路相間短路的近后備和相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，計(jì)算該系統(tǒng)的各段繼電保護(hù)定值、靈敏度，以及動(dòng)作時(shí)限。

2 仿真結(jié)果分析

DG接入點(diǎn)不變，其容量發(fā)生改變，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行短路計(jì)算，同時(shí)，考慮到最為惡劣的短路條件對(duì)配電網(wǎng)繼電保護(hù)有著更大的影響，下面的短路計(jì)算與分析都是在系統(tǒng)以最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路的情況下進(jìn)行的。

2.1 DG下游處發(fā)生三相短路

在C點(diǎn)故障時(shí)，隨著分布式電源容量的增加，分布式電源注入故障點(diǎn)的電流逐漸增大，流過R2的故障電流也逐漸增大，但是流經(jīng)R1的故障電流卻是逐漸減小的；在D點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)的故障電流分布情況也是一樣。

當(dāng)分布式電源容量達(dá)到0.8MVA時(shí)，在C點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)，流過R2的故障電流達(dá)到428.9A，而本線路速斷電流保護(hù)的整定值為428.2A，在此種情況下，本段線路的電流速斷保護(hù)將動(dòng)作。當(dāng)分布式電源容量大于0.8MVA時(shí)，R2的I段速斷保護(hù)范圍將伸到下一線路L3。當(dāng)L3首端發(fā)生故障時(shí)，R2、R3都達(dá)到電流速斷保護(hù)的整定值，2個(gè)保護(hù)都將跳閘，繼電保護(hù)將失去選擇性。當(dāng)分布式電源容量大于某一值時(shí)，繼電保護(hù)的保護(hù)范圍將伸入下一級(jí)線路，隨著容量的增加，分布式電源的助增能力越大，伸入下一段保護(hù)的范圍越大，繼電保護(hù)的選擇性將得不到滿足。

仿真結(jié)果表明，在不改變分布式電源接入位置的情況下，隨著分布式電源容量的改變，在配電網(wǎng)中發(fā)生故障時(shí)，分布式電源下游保護(hù)流經(jīng)的故障電流增大，上游保護(hù)流經(jīng)的故障電流減小，這將使下游保護(hù)的保護(hù)范圍增大，而上游保護(hù)范圍縮小。

2.2 A處發(fā)生三相短路

DG接入點(diǎn)不變，改變連接在母線B上的DG容量，母線A處發(fā)生三相短路時(shí)流過保護(hù)1的故障電流，仿真結(jié)果如圖4所示，隨著分布式電源容量的增加，分布式電源注入故障點(diǎn)的電流逐漸增大，流過R1的故障電流也逐漸增大。

仿真結(jié)果表明，隨著DG容量的增大，它提供的短路電流逐漸增大，DG上游的保護(hù)R1流過的反向電流逐漸增大；DG容量增大到一定程度時(shí)，會(huì)使其上游的保護(hù)R1過的反向電流大于Ⅱ段定值，甚至?xí)笥冖穸ㄖ?，保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)作。

3 結(jié)語(yǔ)

由于DG的助增作用，流過DG下游及相鄰饋線保護(hù)的故障電流會(huì)增大，保護(hù)的靈敏度相應(yīng)的增大；由于DG的分流作用，流過DG上游保護(hù)的故障電流會(huì)減小，保護(hù)的靈敏度相應(yīng)的減小。

DG對(duì)三段式電流保護(hù)動(dòng)作行為的影響主要表現(xiàn)如下：導(dǎo)致本饋線保護(hù)的靈敏度降低及拒動(dòng)；導(dǎo)致本饋線保護(hù)的靈敏度提高及失去選擇性；導(dǎo)致本饋線保護(hù)誤動(dòng)；在DG并入配電網(wǎng)后，DG下游發(fā)生短路故障時(shí)，對(duì)下游的保護(hù)測(cè)量電流產(chǎn)生助增作用，對(duì)上游的保護(hù)測(cè)量電流產(chǎn)生汲流作用，這樣可能會(huì)導(dǎo)致下游保護(hù)誤動(dòng)作，而上游保護(hù)拒動(dòng)。

由于分布式電源的并入電網(wǎng)還需要綜合考慮其他因素，因此分布式電源的準(zhǔn)入容量需要進(jìn)一步分析，同時(shí)未來的分布式發(fā)電保護(hù)控制應(yīng)該從整個(gè)系統(tǒng)的全局出發(fā)，全面考慮電網(wǎng)、DG和用戶三方利益，充分發(fā)揮分布式發(fā)電的積極作用，盡量避免分布式發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)穩(wěn)定和安全的不利影響，使電力系統(tǒng)更加高效、可靠、和諧地運(yùn)行。