分布式電源對配電網繼電保護的影響分析

邊光瀛

（國網天津靜海供電有限公司，天津 301600）

分布式電源對配電網繼電保護的影響分析

邊光瀛

（國網天津靜海供電有限公司，天津 301600）

介紹了分布式電源的優(yōu)點及其對配電網繼電保護的影響，通過模擬分布式電源并網運行對目前常用保護的影響情況，利用PSASP軟件仿真研究了改變分布式電源容量和接入位置后對三段式電流保護的不同影響,并提出了相應的對策措施。

分布式電源；配電網；防真分析；電流保護

1 分布式電源的優(yōu)點

分布式電源是指功率在數kW到100 MW范圍內，呈模塊式并分布在負荷附近的清潔環(huán)保發(fā)電設施，它能夠經濟、高效、可靠地發(fā)電。分布式電源發(fā)電是區(qū)別于傳統集中發(fā)電、遠距離傳輸、大互聯網絡的發(fā)電形式，也稱為嵌入式發(fā)電(embedded generation)、分散式發(fā)電(dispersed generation)或非集中式發(fā)電(decentralized generation)。

在能源危機不斷加深與環(huán)境壓力不斷加大的情況下，分布式電源發(fā)電技術不僅變得種類豐富而且功能強大。

分布式電源具有如下優(yōu)點：

(1) 距負荷的電氣距離短，可以及時跟蹤用戶的負荷變動需求，有助于系統調峰，并可提供黑啟動服務；

(2) 分擔一部分傳統發(fā)電廠的負荷，可以延緩大規(guī)模發(fā)電廠的投資建設；

(3) 減少線路上傳送的功率，降低由輸電造成的損耗，延長線路的使用壽命。

近年來隨著國家電網公司Q/GDW 666—2011標準和一系列并網方案的推出，民用太陽能發(fā)電發(fā)展越來越快，這對局部的供電質量和供電可靠性是有益的。然而，DG(分布式電源)的這些積極作用在實際中并不易實現，它要求必須具有可靠性高、調度性好且合適的接入位置和容量，此外還需滿足其他一些運行限制，如需要集成監(jiān)測與控制技術、變電站自動化技術，以控制不同的潮流和計劃備用容量來補償間歇性發(fā)電。

2 分布式電源對配電網繼電保護的影響

配電網中常見的保護是三段式電流保護，它的動作是由突然增大的電流觸發(fā)的。隨著分布式電源的接入，配電網的故障特性發(fā)生了很大變化。

分布式電源接入配電網，在故障發(fā)生時相當于引入了額外的故障電流和潛在的雙向故障電流。由于分布式電源的助增或分流作用，流過保護裝置的故障電流可能增大或減小，它將改變保護的范圍和靈敏度，給各線路繼電保護的上下級配合帶來一定影響。

配電網是單端電源供電，因此配電網的繼電保護沒有方向元件。在接入分布式電源后，配電網某些部分將變?yōu)殡p端電源供電。在分布式電源節(jié)點上游線路發(fā)生故障時，由分布式電源提供的故障電流從負荷側流向系統側，即在保護裝置下游接有分布式電源時，在保護的下游或上游發(fā)生故障，都有故障電流流過保護；由于傳統電流保護沒有方向元件，一旦故障電流超過整定值，保護動作將失去選擇性。下面通過具體的仿真算例進行分析。

3 仿真分析

3.1 仿真環(huán)境和邊界條件

本文仿真環(huán)境是中國電科院軟件PSASP，分布式電源的模型采用一個直流恒壓源經電壓型逆變器連接至配電網上，電壓型逆變器是光伏并網發(fā)電的主要選擇，其故障電流的注入能力低于同步電機，故障電流的持續(xù)時間取決于控制裝置。仿真所用的10 kV配電系統模型如圖1所示，母線A～G均為10 kV母線，其中母線E，F，G只帶負荷和下級線路；母線B，C，D除帶負荷外，可能連接DG。由于10 kV配電網距系統電源的電氣距離較遠，在最大運行方式和最小運行方式下的短路容量沒有太大變化，因此，該10 kV變電站母線的短路容量在這2種運行方式下都取250 MVA，并用其來表示繼電保護計算中的短路水平。表1為配電網每段線路的長度及阻抗。表2是此配電網絡的三段式電流保護定值、保護范圍和靈敏度校驗及動作時限。

圖1 10 kV配電系統模型

表1 10 kV配電網線路參數

表2 10 kV配電網線路繼保參數

DG接入饋線后，影響保護的因素很多，如DG容量、類型、接入位置等，且對電流保護的配合、靈敏度等都會產生影響，下面分別進行仿真分析。

3.2 DG容量對保護的影響

DG接入點不變，其容量發(fā)生改變，對配電網進行短路計算。由于短路條件越惡劣，對配電網繼電保護的影響越大，因此下面的短路計算是在系統以最大運行方式下發(fā)生3相短路的情況下進行的。改變連接在母線B上的DG容量，計算在DG下游短路時故障電流的分布情況，其結果如圖2所示。

圖2 同一母線不同容量分布式電源的短路電流

仿真結果表明，隨著DG容量的增大，它所提供的BC，CD短路電流逐漸增大，流過DG下游保護L2的短路電流增大，其保護范圍增大；當DG容量大于某個值時，L2的速斷保護范圍將伸入下一級線路，保護失去選擇性。而流過DG上游保護L1的AB短路電流減小，其Ⅱ，Ⅲ段保護范圍縮小。

3.3 DG接入位置對保護的影響

選取相同容量逆變并網型DG連接在配網的不同位置，觀察配電網絡的短路電流分布。例如取DG容量為15 MVA，其接入位置在線路Ll，L2上變化，當L2末端發(fā)生3相短路時，其短路電流分布如表3所示。

表3 同一容量不同位置分布式電源接入時的短路電流

仿真結果表明，在不改變DG容量的情況下，改變DG的接入位置將對配電網的短路電流分布產生較大影響。當DG接入位置在線路Ll，L2上變化，在線路L2末端發(fā)生故障時，隨著DG接入位置從首端向末端變化的過程，DG的注入電流IDG逐漸增大。當DG連接在L1上時，DG位于保護L2的上游，由于DG的助增電流使得流過L2的故障電流IL2增大，故障電流大于未接DG時線路末端故障流過L2的故障電流，因此它將增大L1電流保護的保護范圍；當DG連接在L2上時，DG位于保護L2的下游，在線路末端發(fā)生故障時，流經故障點的故障電流仍然增大，但是由于DG的分流作用，使得流過L2的故障電流要小于在未接DG時的相同故障情況下流過L2的故障電流，因此它將減小L2電流保護的保護范圍，且DG接入點離保護越近，其影響越大。

4 仿真結果

DG對三段式電流保護動作行為的影響主要表現如下。

4.1 導致本饋線保護的靈敏度提高及誤動

當DG下游線路(如L3)發(fā)生故障時(見圖1)，在接入DG之前，該饋線的保護感受到的故障電流只由系統提供，接入DG之后，DG和系統都會對故障點提供短路電流，DG下游的保護感受到的故障電流比接入DG前大，導致保護的靈敏度提高，嚴重時將導致保護誤動，失去選擇性。DG的容量越大，對保護靈敏度的影響也越大。當系統側或10 kV母線A及其他饋線(如L4)處發(fā)生故障時，在接入DG之前，該饋線的保護L1感受不到故障電流；接入DG之后，該饋線的保護將感受到DG提供的反向故障電流。由于保護不經方向閉鎖，如果該電流足夠大，將導致保護誤動。DG的容量越大，對保護靈敏度的影響也越大。

4.2 導致其他饋線保護的靈敏度提高及誤動

當系統側或10 kV母線A及其他饋線(如L4)處發(fā)生故障時，在接入DG之前，該饋線的保護L1感受不到故障電流，接入DG之后，該饋線的保護將感受到DG提供的反向故障電流，由于保護不經方向閉鎖，如果該電流足夠大，將導致保護誤動。DG的容量越大，對保護靈敏度的影響也越大。

5 應對措施

(1) 從減小DG的助增電流出發(fā)，在DG的并網點處串聯具有可控限流功能的短路電流限流器，以減少故障時的電流，保證原有電流階段式保護正常工作，已有的保護可不用做大的改變。

(2) 為使原有保護不作較大改動，并有較好的靈敏度和配合裕度為限制條件，計算饋線允許接入DG的容量和位置，是現階段接納DG的主流做法。

(3) 利用距離保護受系統運行方式影響較小，其I，II段的測量元件具有明確的方向性的特點，將距離保護應用于含DG的配電網中。

(4) 探討智能電子裝置、分布式人工智能(DAI)技術、多agent系統(MAS)以及通信技術在保護、控制新原理和方案中的應用。

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2014-11-29。

邊光瀛(1989-)，男，助理工程師，主要從事變電二次繼電保護工作，email：guangying_bian@163.com。