計(jì)及配電網(wǎng)電流保護(hù)整定原則的逆變型分布式電源準(zhǔn)入容量計(jì)算

陳曉龍 ，李永麗，趙曼勇 ，文 安，魏承志 ，黃維芳

（1.天津大學(xué) 智能電網(wǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300072；2.南方電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510623）

0 引言

分布式電源DG（Distributed Generation）接入配電網(wǎng)，改變了配電網(wǎng)原有電流保護(hù)配置的基礎(chǔ)條件，對配電網(wǎng)短路電流的影響表現(xiàn)為助增電流、外汲電流和反向電流，從而導(dǎo)致原有的三段式電流保護(hù)可能誤動(dòng)、靈敏性降低甚至拒動(dòng)［1-4］。計(jì)及配電網(wǎng)電流保護(hù)整定計(jì)算原則的DG準(zhǔn)入容量，指的是在不改變配電網(wǎng)原有電流保護(hù)配置的情況下，能夠滿足保護(hù)選擇性和靈敏性要求的、允許DG接入的最大容量。該研究能夠評估一定容量的DG接入配電網(wǎng)后對原有電流保護(hù)的選擇性和靈敏性帶來的影響，也為含DG配電網(wǎng)的保護(hù)方案配置提供了依據(jù)。

目前，已有一些關(guān)于電流保護(hù)約束下DG準(zhǔn)入容量計(jì)算的研究成果。文獻(xiàn)［1］根據(jù)流過保護(hù)的短路電流隨DG容量變化的曲線，在不改變保護(hù)原有定值的前提下得到保證保護(hù)選擇性的DG準(zhǔn)入容量；文獻(xiàn)［5］提出了一種考慮配電網(wǎng)保護(hù)動(dòng)作和DG短路電流衰減特性影響的DG準(zhǔn)入容量分析方法，并通過改進(jìn)原有保護(hù)來提高DG準(zhǔn)入容量；文獻(xiàn)［6］分析了DG容量變化和并網(wǎng)點(diǎn)位置變化對電流保護(hù)的影響；文獻(xiàn)［7］提出了考慮配電網(wǎng)相間保護(hù)約束的DG準(zhǔn)入容量優(yōu)化計(jì)算模型；文獻(xiàn)［8］基于配電網(wǎng)故障區(qū)段定位算法分析了對DG容量的約束。上述文獻(xiàn)主要是以同步機(jī)型DG為例進(jìn)行分析的，并在分析過程中將其等效為含有內(nèi)阻抗的恒定電勢源。

然而，與同步機(jī)型DG相比，逆變型DG IBDG（Inverter-Based Distributed Generation）的運(yùn)行方式更加復(fù)雜，并且故障特性迥異，IBDG不能采用和同步機(jī)型DG相同的等效模型。由于不同IBDG運(yùn)行狀態(tài)下的短路電流計(jì)算公式各不相同，因此選擇正確的公式對保護(hù)進(jìn)行重新整定和靈敏性校驗(yàn)就變得更加困難。在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，僅有文獻(xiàn)［9］提及了在不改變保護(hù)原有定值的情況下電流保護(hù)選擇性對IBDG容量的約束，用來分析在不改變原有定值的前提下IBDG接入對保護(hù)的影響。然而，該文獻(xiàn)并未給出在IBDG的容量和運(yùn)行狀態(tài)均未知的前提下計(jì)算IBDG準(zhǔn)入容量的具體方法。另外，在DG接入配電網(wǎng)后，通常需要對保護(hù)進(jìn)行重新整定。

以具有低電壓穿越能力的光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，本文提出一種基于配電網(wǎng)原有電流保護(hù)整定原則的IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法。該方法通過不斷假設(shè)、校驗(yàn)和修正IBDG的運(yùn)行狀態(tài)，從而選擇適當(dāng)?shù)腎BDG運(yùn)行狀態(tài)下的短路電流計(jì)算公式對保護(hù)進(jìn)行重新整定和靈敏性校驗(yàn)，得到滿足保護(hù)選擇性和靈敏性要求的、更加準(zhǔn)確的IBDG準(zhǔn)入容量。

1 含IBDG配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算

1.1 IBDG的短路計(jì)算模型

隨著IBDG并網(wǎng)容量的不斷增大，為了防止IBDG脫網(wǎng)對電網(wǎng)的正常運(yùn)行可能帶來的不良影響，IBDG通常需要具備低電壓穿越能力［10-11］。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB／T19964—2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，在低電壓穿越期間，光伏發(fā)電系統(tǒng)注入電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功電流Isq應(yīng)實(shí)時(shí)跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化，并應(yīng)滿足［12］：

其中，Isq為輸出電流的無功分量；Us為并網(wǎng)點(diǎn)電壓的標(biāo)幺值；IN為光伏發(fā)電系統(tǒng)的額定電流；在工程實(shí)際產(chǎn)品中，K1通常取為2，K2通常取為1.2，則將其代入式（1）可知，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓小于0.3 p.u.時(shí)，其輸出電流達(dá)到限流值1.2 IN。另外，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓小于等于0.9 p.u.時(shí)，光伏發(fā)電單元的輸出電壓將被控制在開路電壓附近，以防止逆變器直流側(cè)電壓過高，此時(shí)其輸出的有功電流可以忽略不計(jì)。

由上文可知，在含IBDG配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算中，可以用壓控電流源模型對IBDG進(jìn)行等效替代。另外，根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落程度，IBDG存在3種運(yùn)行狀態(tài)，現(xiàn)將其分別定義為恒功率態(tài)（并網(wǎng)點(diǎn)電壓大于0.9 p.u.）、中間態(tài)（并網(wǎng)點(diǎn)電壓大于等于 0.3 p.u.，且小于等于0.9p.u.）和恒流態(tài)（并網(wǎng)點(diǎn)電壓小于0.3p.u.）。

1.2 含IBDG配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算

本文以圖1所示系統(tǒng)中IBDG下游的線路BC發(fā)生三相短路故障為例，給出含IBDG配電網(wǎng)的短路電流計(jì)算方法以及短路電流近似計(jì)算原則。

圖1 接有IBDG的簡單配電網(wǎng)Fig.1 Simple distribution network with IBDG

當(dāng)圖1所示系統(tǒng)中f點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)，其等效電路如圖2所示，則由節(jié)點(diǎn)電壓法可得：

圖2 IBDG下游f點(diǎn)發(fā)生三相短路故障時(shí)的等效電路圖Fig.2 Equivalent circuit of three-phase short circuit fault at f，downstream point of IBDG

其中，Zs、ZAB和Zf分別為系統(tǒng)等值阻抗、線路AB的阻抗和故障點(diǎn)到并網(wǎng)點(diǎn)之間的線路阻抗；Es和U分別為系統(tǒng)相電勢和并網(wǎng)點(diǎn)相電壓；IDG為IBDG的輸出電流。

當(dāng)IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)、中間態(tài)和恒流態(tài)時(shí)，其輸出電流的大小和相位各不相同，分別如式（3）、（4）和（5）所示。

其中，P為IBDG的出力；PN和UN分別為IBDG的額定功率和額定電壓；U為U的模值。根據(jù)上述各式，可以計(jì)算得到不同的IBDG運(yùn)行狀態(tài)下流過IBDG上游和下游線路的短路電流。

含IBDG配電網(wǎng)的短路電流相量表達(dá)式計(jì)算準(zhǔn)確但十分復(fù)雜［13］?？紤]到并網(wǎng)點(diǎn)電壓受到大系統(tǒng)的鉗制以及IBDG準(zhǔn)入容量通常較小，可以忽略并網(wǎng)點(diǎn)電壓和系統(tǒng)電勢之間的相角差。另外，為了便于分析計(jì)算，近似認(rèn)為系統(tǒng)阻抗和線路阻抗的阻抗角相等。根據(jù)上述近似和簡化，能夠得到流過IBDG下游線路和上游線路的短路電流近似計(jì)算公式。與實(shí)際值相比，流過IBDG下游線路和上游線路的短路電流近似計(jì)算值分別偏大和偏小。因此，當(dāng)根據(jù)短路電流近似計(jì)算公式對保護(hù)進(jìn)行重新整定或靈敏性校驗(yàn)時(shí)，能夠保證保護(hù)的選擇性和靈敏性。

2 配電網(wǎng)電流保護(hù)對IBDG容量的約束

IBDG接入配電網(wǎng)對短路電流的影響表現(xiàn)為助增電流、外汲電流和反向電流，下面基于電流保護(hù)整定原則分析不同位置保護(hù)對IBDG容量的約束。

當(dāng)相鄰饋線或者IBDG下游線路發(fā)生故障時(shí)，IBDG的接入對流過相鄰饋線和IBDG下游線路的短路電流的影響表現(xiàn)為助增電流，可能使得電流保護(hù)Ⅰ段和Ⅱ段誤動(dòng)作。為了保證選擇性，需要根據(jù)IBDG接入后的短路電流公式，對相鄰饋線和IBDG下游線路保護(hù)的電流Ⅰ段和Ⅱ段進(jìn)行重新整定。然后，根據(jù)IBDG退出運(yùn)行并且發(fā)生兩相相間短路時(shí)的短路電流，對保護(hù)的靈敏性進(jìn)行校驗(yàn)，從而得到能夠滿足保護(hù)選擇性和靈敏性要求的IBDG容量。

當(dāng)IBDG下游線路發(fā)生故障時(shí)，IBDG的接入對流過IBDG上游線路的短路電流的影響表現(xiàn)為外汲電流。故障點(diǎn)距離IBDG越遠(yuǎn)，流過IBDG上游線路的短路電流越小。因此，以IBDG下游線路末端發(fā)生兩相相間短路故障時(shí)，IBDG上游線路電流保護(hù)Ⅲ段作為IBDG下游線路遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏性對IBDG容量進(jìn)行約束。

當(dāng)相鄰饋線發(fā)生故障時(shí)，IBDG的接入對流過IBDG上游線路的短路電流的影響表現(xiàn)為反向電流，此電流可能使得IBDG上游線路的保護(hù)誤動(dòng)作。當(dāng)故障點(diǎn)距離饋線首端較近時(shí)，IBDG并網(wǎng)點(diǎn)電壓將很低，IBDG將運(yùn)行于恒流態(tài)。因此，利用IBDG能夠提供的最大反向短路電流1.2IN小于IBDG上游線路電流保護(hù)的定值來對IBDG容量進(jìn)行約束。

3 IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法及含IBDG配電網(wǎng)的保護(hù)配置方案

將前述不同位置保護(hù)選擇性和靈敏性約束下的IBDG容量進(jìn)行比較，取其最小值作為計(jì)及配電網(wǎng)電流保護(hù)整定計(jì)算原則的IBDG準(zhǔn)入容量。

3.1 關(guān)于IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算的分析

由第2節(jié)中分析可知，當(dāng)IBDG接入對短路電流的影響表現(xiàn)為反向電流時(shí)，利用IBDG上游線路保護(hù)的選擇性對IBDG容量進(jìn)行約束；當(dāng)IBDG接入對短路電流的影響表現(xiàn)為助增電流和外汲電流時(shí)，利用保護(hù)的靈敏性對IBDG容量進(jìn)行約束。其中，保護(hù)選擇性約束下的IBDG容量與IBDG運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)，保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量則需要在已知并網(wǎng)點(diǎn)電壓大小的前提下，選擇適當(dāng)?shù)腎BDG運(yùn)行狀態(tài)下的短路電流計(jì)算公式來計(jì)算得到。然而，并網(wǎng)點(diǎn)電壓的計(jì)算與IBDG容量、IBDG接入點(diǎn)位置和故障點(diǎn)位置有關(guān)。針對某一具體含IBDG配電網(wǎng)，當(dāng)計(jì)算保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓和IBDG容量均為未知量。因此，IBDG準(zhǔn)入容量的計(jì)算過程是一個(gè)估算過程。

當(dāng)IBDG運(yùn)行于恒流態(tài)時(shí)，其輸出電流最大，對保護(hù)的影響也最嚴(yán)重。若按照IBDG運(yùn)行于恒流態(tài)時(shí)的短路電流公式計(jì)算IBDG容量，雖然能夠保證保護(hù)的選擇性和靈敏性，但得到的IBDG容量最保守，增大了對電網(wǎng)和保護(hù)進(jìn)行不必要改造的概率。

為了選擇出適當(dāng)?shù)腎BDG運(yùn)行狀態(tài)下的短路電流計(jì)算公式來對不同位置的保護(hù)進(jìn)行重新整定和校驗(yàn)，本文方法不斷假設(shè)、校驗(yàn)和修正IBDG的運(yùn)行狀態(tài)，并以校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提相吻合作為計(jì)算過程結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)。因此，該方法計(jì)算得到的IBDG容量，既能夠保證保護(hù)的選擇性和靈敏性，也更加準(zhǔn)確。

3.2 所提方法的基本原理

在正常運(yùn)行情況下，IBDG的運(yùn)行狀態(tài)為恒功率態(tài)。當(dāng)含IBDG的配電網(wǎng)由正常運(yùn)行狀態(tài)變?yōu)楣收蠣顟B(tài)時(shí)，只有在并網(wǎng)點(diǎn)電壓不再滿足IBDG恒功率態(tài)的運(yùn)行條件的情況下，IBDG才會(huì)運(yùn)行于中間態(tài)或恒流態(tài)。因此，在計(jì)算IBDG容量的過程中，無論首先假設(shè)IBDG運(yùn)行于任何一種運(yùn)行狀態(tài)，對該運(yùn)行狀態(tài)均需按照IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式進(jìn)行校驗(yàn)。根據(jù)不同的首次假設(shè)的運(yùn)行狀態(tài)和校驗(yàn)結(jié)果，后續(xù)處理步驟包括以下情況。

a.首次假設(shè)IBDG運(yùn)行于中間態(tài)。由于恒流態(tài)是中間態(tài)的一種特殊情況，因此若并網(wǎng)點(diǎn)電壓不滿足中間態(tài)的運(yùn)行條件，則將IBDG的運(yùn)行狀態(tài)修改為恒功率態(tài)來計(jì)算IBDG容量，后續(xù)處理步驟如c所示；否則，需要繼續(xù)按照IBDG運(yùn)行于中間態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式，校驗(yàn)并網(wǎng)點(diǎn)電壓是否滿足恒流態(tài)的運(yùn)行條件。若并網(wǎng)點(diǎn)電壓仍然滿足中間態(tài)的運(yùn)行條件，則校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提吻合，計(jì)算過程結(jié)束；若并網(wǎng)點(diǎn)電壓滿足恒流態(tài)的運(yùn)行條件，則將IBDG的運(yùn)行狀態(tài)修改為恒流態(tài)來計(jì)算IBDG容量，后續(xù)處理步驟如b所示。

b.首次假設(shè)IBDG運(yùn)行于恒流態(tài)。若并網(wǎng)點(diǎn)電壓滿足恒功率態(tài)的運(yùn)行條件，則將IBDG的運(yùn)行狀態(tài)修改為恒功率態(tài)，后續(xù)處理步驟如c所示；否則，繼續(xù)按照中間態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式進(jìn)行校驗(yàn)。若并網(wǎng)點(diǎn)電壓滿足恒流態(tài)的運(yùn)行條件，則計(jì)算過程結(jié)束；否則，將IBDG運(yùn)行狀態(tài)修改為中間態(tài)，后續(xù)處理步驟如a所示。

c.首次假設(shè)IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)。若校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提吻合，則計(jì)算過程結(jié)束；否則，將IBDG的運(yùn)行狀態(tài)修改為中間態(tài)或恒流態(tài)，后續(xù)處理步驟分別如a、b所示。

由上述分析可知，在計(jì)算IBDG容量的過程中，可能出現(xiàn)校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提無法吻合的情況。在這種情況下，為保證計(jì)算容量能夠使得保護(hù)滿足選擇性和靈敏性要求，可利用3種運(yùn)行狀態(tài)間的邊界條件計(jì)算得到更加準(zhǔn)確的、允許IBDG接入的最大容量。具體步驟及說明見3.3節(jié)。

3.3 所提方法的具體實(shí)施步驟

根據(jù)上述基本原理，本文所提方法的具體實(shí)施步驟如下。

步驟1首先按照IBDG運(yùn)行于中間態(tài)時(shí)的短路電流公式計(jì)算保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量P1。

步驟2將P1代入IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式中，判斷IBDG下游線路和相鄰饋線上線路末端發(fā)生三相短路時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)電壓是否存在大于0.9 p.u.的情況。若不存在，則不滿足IBDG恒功率運(yùn)行的條件，轉(zhuǎn)入步驟3；否則，對相關(guān)保護(hù)按照IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的短路電流公式進(jìn)行重新整定和靈敏性校驗(yàn)，并計(jì)算得到修正后的IBDG容量P2。將P2再次代入相關(guān)線路末端發(fā)生三相短路且IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式中進(jìn)行校驗(yàn)。若并網(wǎng)點(diǎn)電壓大于0.9 p.u.，則校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提吻合，計(jì)算過程結(jié)束，P2為保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量；否則，增大IBDG容量至P3，使得并網(wǎng)點(diǎn)電壓恰好等于0.9 p.u.，則P3為保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量。

關(guān)于P3的取值可用反證法來說明其合理性：假設(shè) IBDG容量大于P3，則IBDG將運(yùn)行于恒功率態(tài)，此時(shí)保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量為P2，其值小于P3，因此假設(shè)不成立，P3為該情況下滿足保護(hù)靈敏性要求的最大容量。

步驟3將P1代入IBDG運(yùn)行于中間狀態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓計(jì)算公式中，判斷IBDG下游線路和相鄰饋線上線路末端發(fā)生三相短路時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)電壓是否存在小于0.3 p.u.的情況。若不存在，則校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提吻合，P1為保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量。否則，對相關(guān)保護(hù)按照IBDG運(yùn)行于恒流態(tài)時(shí)的短路電流公式進(jìn)行重新整定和靈敏性校驗(yàn)，得到IBDG容量P4。將P4再次代入到相關(guān)線路末端發(fā)生三相短路且IBDG運(yùn)行于中間態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式中進(jìn)行校驗(yàn)。若并網(wǎng)點(diǎn)電壓小于0.3 p.u.，則校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提吻合，P4為保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量；否則，減小IBDG的容量至P5，使得并網(wǎng)點(diǎn)電壓恰好等于0.3 p.u.，此時(shí)P5為保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量。

關(guān)于P5的取值也可用反證法來說明其合理性：假設(shè)IBDG容量小于P5，則IBDG將運(yùn)行于恒流態(tài)，此時(shí)保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量為P4，其值大于P5，因此假設(shè)不成立，P5為該情況下滿足保護(hù)靈敏性要求的最大容量。

上述步驟1中，無論首先按照何種IBDG運(yùn)行狀態(tài)來計(jì)算IBDG容量，最終得到的保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量是相同的。將保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量和保護(hù)選擇性約束下的IBDG容量進(jìn)行比較，取其較小值即為計(jì)及配電網(wǎng)電流保護(hù)整定原則的IBDG準(zhǔn)入容量。

3.4 含IBDG配電網(wǎng)的保護(hù)配置方案

將保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量記為PZR.lm，保護(hù)選擇性約束下的IBDG容量記為PZR.xz，待接入配電網(wǎng)的IBDG實(shí)際容量記為PN，則PN、PZR.lm和PZR.xz的比較結(jié)果及相應(yīng)保護(hù)配置方案包括以下3種情況。

情況1：IBDG的準(zhǔn)入容量為PZR.xz，且IBDG的實(shí)際容量PN

情況2：IBDG的準(zhǔn)入容量為PZR.xz，且IBDG的實(shí)際容量PN≥PZR.xz。此時(shí)，需根據(jù)下面2種情景進(jìn)行具體分析。

a．若PN

b.若PN≥PZR.lm，則某個(gè)或某些保護(hù)裝置已不能再配置三段式電流保護(hù)，而需采用新的保護(hù)配置方案，比如配置基于本地信息的自適應(yīng)電流保護(hù)［14-16］和基于多點(diǎn)信息的廣域保護(hù)［17-20］等，以適應(yīng)該容量的IBDG接入配電網(wǎng)。需要說明的是，僅需對靈敏性無法滿足要求的某個(gè)或某些保護(hù)改造即可，以降低成本。

情況3：IBDG的準(zhǔn)入容量為PZR.lm。若PN

綜上，對于不同的IBDG實(shí)際接入容量，含IBDG配電網(wǎng)的保護(hù)配置方案如圖3所示。

圖3 不同情況下含IBDG配電網(wǎng)的保護(hù)配置方案Fig.3 Protection configuration scheme for different conditions of distribution network with IBDG

4 算例分析與仿真

4.1 算例模型

本算例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。各母線處均接有額定功率為1.5MV·A、額定功率因數(shù)為0.85的負(fù)荷，各饋線最大負(fù)荷均設(shè)為12MV·A。系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量取為100MV·A，基準(zhǔn)電壓取為10.5 kV，其短路容量取為400MV·A。線路參數(shù)為x1=0.347Ω／km、r1=0.27Ω／km。在本算例中，設(shè)置了如下2種情況，其區(qū)別在于線路長度不同。

情況①：線路AB、BC、CD、AE和EF的長度分別為 3 km、5 km、9 km、3 km、5 km；

情況②：線路AB、BC、CD、AE和EF的長度分別為 1 km、2 km、5 km、2 km、3 km。

另外，電流保護(hù)Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段的可靠系數(shù)分別取為1.2、1.1和1.15，自啟動(dòng)系數(shù)取為1.1，返回系數(shù)取為0.95。電流保護(hù)Ⅰ段的最小保護(hù)范圍取為15%的線路全長，電流保護(hù)Ⅱ段和電流保護(hù)Ⅲ段遠(yuǎn)后備保護(hù)的靈敏系數(shù)分別不小于1.3和1.2。

4.2 IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算及仿真驗(yàn)證

根據(jù)前文分析，IBDG上游保護(hù)選擇性約束下的IBDG容量與IBDG運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)。經(jīng)過計(jì)算，在情況①中，保護(hù)1電流Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段選擇性約束下的IBDG容量分別為69.3MW、32.1MW和13.3MW；在情況②中，保護(hù)1電流Ⅰ段、Ⅱ段和Ⅲ段選擇性約束下的IBDG容量分別為154.4 MW、76.2 MW和13.3MW。

對于保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量，首先按照IBDG運(yùn)行于中間態(tài)時(shí)的短路電流公式進(jìn)行計(jì)算。其中，保護(hù)3和保護(hù)5是饋線末端保護(hù)，對IBDG容量沒有約束。保護(hù)1、保護(hù)2和保護(hù)4靈敏性約束下的IBDG容量如表1所示。

表1 保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量計(jì)算結(jié)果Table1 Results of IBDG penetration level calculation with protection sensitivity constraint

由表1可知，在情況①中，保護(hù)2電流Ⅱ段靈敏性約束下的IBDG容量最小，為16.8MW；在情況②中，保護(hù)2電流I段靈敏性約束下的IBDG容量最小，為232.3MW。將上述容量代入到IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式中進(jìn)行校驗(yàn)，計(jì)算得到不同保護(hù)所在線路末端發(fā)生三相短路時(shí)并網(wǎng)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值如表2所示。

表2 并網(wǎng)點(diǎn)電壓校驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of PCC voltage verification

由表2可知，2種情況下IBDG運(yùn)行于中間態(tài)的假設(shè)前提和校驗(yàn)結(jié)果均不吻合，需采用IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的短路電流公式進(jìn)行修正。修正后，保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量如表3所示。

表3 修正后保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量計(jì)算結(jié)果Table3 Results of IBDG penetration level calculation with protection sensitivity constraint，after correction

由表3可知，修正后，在保護(hù)靈敏性約束下，情況①、②IBDG容量最小值分別為2.9MW和48.9MW。此時(shí)，根據(jù)IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)時(shí)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓公式，并網(wǎng)點(diǎn)電壓校驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 修正后的并網(wǎng)點(diǎn)電壓校驗(yàn)結(jié)果Table 4 Results of PCC voltage verification，after correction

由表4可知，在情況①中，保護(hù)2電流Ⅱ段靈敏性約束下的IBDG容量最小，但是其值不能使得當(dāng)保護(hù)3所在線路CD末端發(fā)生三相短路時(shí)IBDG運(yùn)行于恒功率態(tài)，故保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量可以繼續(xù)增大至13.5MW；在情況②中，當(dāng)IBDG容量為48.9MW且保護(hù)3所在線路末端發(fā)生三相短路時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓大于0.9 p.u.，假設(shè)前提和校驗(yàn)結(jié)果吻合，故保護(hù)靈敏性約束下的IBDG容量為48.9MW。

綜上，若IBDG上游線路保護(hù)1沒有配置方向元件，則2種情況下IBDG的準(zhǔn)入容量均為13.3MW；否則，在這2種情況中，均是保護(hù)2電流Ⅱ段的靈敏性約束下的IBDG容量最小，IBDG準(zhǔn)入容量分別為13.5MW和48.9MW。為了便于對比分析，本文也根據(jù)3.1節(jié)中提到的保守方法對IBDG準(zhǔn)入容量進(jìn)行了計(jì)算。當(dāng)按照最嚴(yán)重情況即IBDG運(yùn)行于恒流態(tài)的短路電流公式計(jì)算IBDG的準(zhǔn)入容量時(shí)，2種情況下計(jì)算得到的結(jié)果分別為2.28MW和32.7MW。

為了驗(yàn)證上述IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法的有效性，在PSCAD仿真軟件中對上述算例進(jìn)行了建模，并通過不斷提高IBDG容量、核對IBDG運(yùn)行狀態(tài)和流過相關(guān)保護(hù)短路電流的方法，得到IBDG準(zhǔn)入容量的仿真值。經(jīng)過仿真，若IBDG上游保護(hù)1沒有配置方向元件，則2種情況下IBDG的準(zhǔn)入容量均為13.8 MW；否則，保護(hù)2的電流Ⅱ段靈敏性約束下的IBDG容量最小，2種情況下IBDG準(zhǔn)入容量分別為17MW和65 MW。通過對比上述計(jì)算和仿真數(shù)據(jù)可知，本文提出的IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法，能夠得到滿足保護(hù)選擇性和靈敏性要求的、更加準(zhǔn)確的IBDG準(zhǔn)入容量。

5 結(jié)論

a.提出了一種計(jì)及配電網(wǎng)電流保護(hù)整定原則的IBDG準(zhǔn)入容量計(jì)算方法。該方法通過不斷假設(shè)、校驗(yàn)和修正IBDG的運(yùn)行狀態(tài)，使得校驗(yàn)結(jié)果和假設(shè)前提吻合，從而選擇適當(dāng)?shù)腎BDG運(yùn)行狀態(tài)下的短路電流計(jì)算公式對保護(hù)進(jìn)行重新整定和靈敏性校驗(yàn)，能夠計(jì)算得到滿足保護(hù)選擇性和靈敏性要求的、更加準(zhǔn)確的IBDG準(zhǔn)入容量。

b.當(dāng)IBDG的實(shí)際接入容量大于IBDG準(zhǔn)入容量時(shí)，需根據(jù)容量對比結(jié)果對保護(hù)配置方案進(jìn)行改進(jìn)，如加裝方向元件、對靈敏性無法滿足要求的某個(gè)或某些保護(hù)裝置配置基于本地信息的自適應(yīng)電流保護(hù)和基于廣域信息的保護(hù)等，以適應(yīng)不同容量的IBDG接入配電網(wǎng)。

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