含分布式電源的配網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方案

余艷偉 徐鵬飛

摘 要：在現(xiàn)今電力事業(yè)中，分布式電源獲得了較為廣泛的應(yīng)用。在本文中，將就含分布式電源的配網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方案進(jìn)行一定的研究。

【關(guān)鍵詞】分布式電源 配網(wǎng)自適應(yīng) 保護(hù)方案

所謂分布式電源，也稱作DG，是由美國在1978年所推廣的一套系統(tǒng)，同傳統(tǒng)供電模式具有著完全不同的特征，不僅能夠更好的對特定用戶的供電需求進(jìn)行滿足，且能夠在對配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行支持的同時(shí)能夠以分散的方式在用戶附近進(jìn)行布置、發(fā)電功率為幾十千瓦到幾十兆瓦的小型模塊式并與環(huán)境兼容的獨(dú)立電源。通過對分布式電源的科學(xué)應(yīng)用，能夠在對能源利用率進(jìn)行大幅提升的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的保護(hù)，進(jìn)而獲得可再生能源的積極適應(yīng)。正是基于上述特點(diǎn)，則使其目前成為了國內(nèi)外環(huán)境問題以及能源問題的解決熱點(diǎn)，通過大電網(wǎng)同分布式電源聯(lián)合分布方式的應(yīng)用，則能夠在獲得靈活供電的同時(shí)對整個電網(wǎng)的可靠性以及安全全興進(jìn)行提升，在對削峰填谷進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)損耗進(jìn)行降低，以此獲得設(shè)備利用率的提升、更好的對我國邊遠(yuǎn)地區(qū)的供電問題進(jìn)行解決。與此同時(shí)，在分布式電源大量的接入情況下，也對原來配電網(wǎng)輻射型以及單一電源的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，并因此對原有電網(wǎng)電流保護(hù)的可靠性、選擇性以及保護(hù)范圍都產(chǎn)生較大的影響，進(jìn)而使保護(hù)裝置出現(xiàn)拒動以及誤動情況，對整個配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性產(chǎn)生一定的威脅。為了能夠?qū)υ摲N問題進(jìn)行解決，更好的發(fā)揮分布式電源作用，就需要做好其自適應(yīng)電流保護(hù)的研究。

1 DG接入后對保護(hù)的影響

在傳統(tǒng)配電網(wǎng)中，其采用的主要為三段式電流保護(hù)，即定時(shí)限電流保護(hù)、過電流保護(hù)以及順時(shí)電流速斷保護(hù)等。對于該保護(hù)來說，其雖然在原理方面較為簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中卻可能受到較大來自運(yùn)行方式的影響。當(dāng)將分布式電源同系統(tǒng)配電網(wǎng)進(jìn)行連接之后，則將對之前單一特征輻射、單一的電源結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，在短路故障發(fā)生之后，短路電流在方向以及大小方面則將根據(jù)分布式電源接入點(diǎn)的不同而產(chǎn)生較大的差別，并因此對保護(hù)裝置產(chǎn)生較大的動作影響。

1.1 上游保護(hù)裝置誤動

如圖1所示，分布式電源母線進(jìn)行連接，當(dāng)F1位置發(fā)生故障時(shí)，分布式電源則會向故障發(fā)生過對斷流電流過飽和裝置進(jìn)行提供。當(dāng)該其容量超過一定程度時(shí)，流過保護(hù)裝置的短路電流將出現(xiàn)超出整定值的情況，進(jìn)而使保護(hù)裝置2發(fā)生誤動作。而為了對該裝置實(shí)際應(yīng)用中的選擇性作出保證，在將分布式電源同配電網(wǎng)進(jìn)行連接時(shí)則需要在其兩端位置做好方向保護(hù)裝置的設(shè)置，

1.2 保護(hù)裝置靈敏性下降

還是以上圖為例，當(dāng)F2位置發(fā)生故障時(shí)，分布式電源同電源G則都會向發(fā)生故障的位置對故障電流進(jìn)行提供。此時(shí)，裝置1所檢測到的故障電流將會隨著分布式電源功率的降低而降低，進(jìn)而出現(xiàn)保護(hù)裝置靈敏度下降以及保護(hù)范圍縮小的情況。

2 含DG配電網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)分析

如圖2所示，當(dāng)F位置發(fā)生短路故障問題時(shí)，保護(hù)裝置2、5則會及時(shí)反映，并對故障進(jìn)行過切除，而系統(tǒng)中其余的保護(hù)則不會發(fā)生動作。在短路故障發(fā)生時(shí)，裝置2將在第一時(shí)間啟動，并在啟動之后向裝置4、5對短路功率方向各信號進(jìn)行發(fā)出，并同時(shí)會對故障側(cè)的裝置5功率方向信號進(jìn)行接收，以此判定出，保護(hù)裝置方向同功率方向具有相反的特征，保護(hù)裝置將發(fā)生動作。同時(shí)，保護(hù)裝置5也將收到故障側(cè)裝置2同自身功率相反信號，并隨之發(fā)生動作。同樣的，系統(tǒng)中裝置4也將接收到裝置2所發(fā)出的、通過自身具有相同方向的短路功率方向信號，而在此過程中，保護(hù)裝置閉鎖等裝置則可靠不動作。

從上述的研究可以了解到，在短路的情況下，系統(tǒng)中不同保護(hù)裝置都將對所收到的功率方向同自身短路功率方向信號進(jìn)行比較。如果經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)兩者相反，保護(hù)裝置則會發(fā)出動作，否則該裝置則會發(fā)生閉鎖情況，在對故障區(qū)間做好確定的同時(shí)實(shí)現(xiàn)故障的可靠切除。而如果區(qū)間內(nèi)應(yīng)動作的保護(hù)裝置存在拒動情況，而其相鄰的裝置因已經(jīng)閉鎖而不發(fā)生動作，則將因此使整個系統(tǒng)的故障范圍出現(xiàn)擴(kuò)大的情況，在對系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響的同時(shí)甚至造成癱瘓問題的發(fā)生。對此，就需要通過同心技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用對方案的后備保護(hù)問題進(jìn)行解決：第一，在該系統(tǒng)每一套保護(hù)裝置中，都對I、II兩段電流定值進(jìn)行了設(shè)置。其中，I段為無時(shí)限的電流速度按保護(hù)，作為該線路的主保護(hù)進(jìn)行應(yīng)用。而II段則分為兩個時(shí)間極差延時(shí)定時(shí)限電流保護(hù)，II段的一級延時(shí)為0.2s，以此作為該線路近后備保護(hù)，二級延時(shí)為0.5s，為相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)，其在實(shí)際動作實(shí)現(xiàn)中都需要對功率方向的規(guī)則進(jìn)行滿足；第二，如果保護(hù)裝置在問題發(fā)生后進(jìn)行檢測、發(fā)現(xiàn)故障側(cè)保護(hù)裝置所發(fā)出的功率信號同本保護(hù)裝置具有相同的方向，則將對對其I段進(jìn)行閉鎖，由II段實(shí)現(xiàn)保護(hù)；第三，如果本保護(hù)裝置所檢測故障側(cè)的相鄰保護(hù)裝置在功率方向信號發(fā)出方面同本保護(hù)裝置所發(fā)出的相反，且短路電流值大于系統(tǒng)整定值，則保護(hù)裝置的I段電流保護(hù)動作將向著非故障側(cè)保護(hù)裝置對II段2級開放的信號進(jìn)行發(fā)出；第四，當(dāng)下級保護(hù)裝置對上級保護(hù)裝置“II段2級開放”的信號進(jìn)行接收之后，其II段保護(hù)裝置電流為整定值，而如果上級保護(hù)的I、II段發(fā)生開關(guān)或者一級拒動情況，則Ⅱ段2級在延遲時(shí)間到并且檢測到的短路電流大于其整定值時(shí)，保護(hù)裝置動作跳閘切除故障，作為故障側(cè)相鄰線路的遠(yuǎn)后備保護(hù)。

3 分布式電源配電網(wǎng)自適應(yīng)電流保護(hù)整定

對于傳統(tǒng)電流速斷保護(hù)來說，其是以系統(tǒng)運(yùn)行該方式對離線整定方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，并在最小運(yùn)行方式的情況下對系統(tǒng)的保護(hù)范圍以及靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)。對于該種方式來說，雖然能夠保證其能夠在較為嚴(yán)重的情況下對系統(tǒng)保護(hù)裝置的選擇性進(jìn)行保證，但在其他方式情況下，該種方式在保護(hù)范圍方面則會具有一定的縮小，在最小運(yùn)行方式下，如果發(fā)生短路故障，則可能因此失去保護(hù)范圍。在該系統(tǒng)中，由于配電線路長度較短，如果還是按照以往的方式進(jìn)行整定，則很可能因此出現(xiàn)電流速斷裝置失去保護(hù)范圍的情況。當(dāng)以自適應(yīng)整定方式進(jìn)行處理時(shí)，則能夠?qū)鹘y(tǒng)電流保護(hù)整定的缺點(diǎn)進(jìn)行有效的克服。以圖2中裝置5為例，其在整定中的電流整定值則可以如下式表示：

在上式中，對傳統(tǒng)電流保護(hù)中的可靠系數(shù)進(jìn)行了去除，而對代表保護(hù)范圍的系數(shù)α進(jìn)行了增加。為了能夠使該裝置能夠?qū)ο到y(tǒng)的全長線路做好保護(hù)，則需要做好電壓互感器同電流互感器間計(jì)算誤差的考慮，將α值控制在1.1至1.2之間。在該式中，之所以對以往保護(hù)中的可靠系數(shù)進(jìn)行去除，是因?yàn)閷τ谙到y(tǒng)配電網(wǎng)來說，其中同時(shí)存在有長線路以及短線路，如果都按照統(tǒng)一的可靠系數(shù)進(jìn)行整定，短路線路在應(yīng)用中則可能出現(xiàn)失去保護(hù)范圍的情況。而如果相鄰線路出口位置發(fā)生了短路情況，在自適應(yīng)的整定情況下，則可能因此使該保護(hù)裝置發(fā)生啟動操作，但要求保護(hù)動作能夠同時(shí)對功率方向以及電流大小這兩個條件同時(shí)進(jìn)行滿足。對此，在系統(tǒng)下一線路發(fā)生故障問題時(shí)，即使經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)裝置檢測電流值同整定值相比較大，也可能因?yàn)楣β史较虿荒軌驅(qū)β蕳l件進(jìn)行滿足而使保護(hù)裝置發(fā)生閉鎖情況。

4 結(jié)束語

在上文中，我們對含分布式電源的配網(wǎng)自適應(yīng)保護(hù)方案進(jìn)行了一定的研究，在對DG接入到配電網(wǎng)對繼電保護(hù)影響進(jìn)行分析、故障側(cè)同保護(hù)方向信號比較的基礎(chǔ)上對一套適合DG配電網(wǎng)的自適應(yīng)電流保護(hù)方案進(jìn)行了提出，具有較好的研究與應(yīng)用意義。

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作者簡介

余艷偉（1980-），男，碩士學(xué)位?，F(xiàn)為河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院講師，主要從事電力系統(tǒng)及自動化研究與教學(xué)工作。

作者單位

河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院 河南省新鄭市 451191