單個(gè)DG接入對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響

程金牛+倪呈祥+鄧金華

[摘 要]在介紹了配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其傳統(tǒng)保護(hù)配置的基礎(chǔ)上，以包含單個(gè)分布式電源（DG）的配電系統(tǒng)為模型，詳細(xì)了分析推導(dǎo)了當(dāng)饋線上不同位置發(fā)生短路時(shí)，單個(gè)DG接入后對(duì)原電流保護(hù)的影響，并通過PSCAD/EMTDC進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。為后續(xù)進(jìn)一步研究含DG的配電網(wǎng)保護(hù)提供了一定的理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]分布式電源；配電網(wǎng)；電流保護(hù)；短路電流

中圖分類號(hào)：TM773 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）06-0279-01

引言

在智能電網(wǎng)的背景下，分布式發(fā)電（Distributed Generation， DG）作為一種新興的高效的、清潔的發(fā)電方式，已在電力系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應(yīng)用。由于DG的容量較小，一般是通過配電網(wǎng)接入電力系統(tǒng)，其接入將影響配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及配電網(wǎng)中的短路電流大小、流向和分布，從而給配電網(wǎng)原有的繼電保護(hù)產(chǎn)生一定的影響。

1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其傳統(tǒng)保護(hù)的配置

繼電保護(hù)的配置與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接相關(guān)。DG通常接入10～110kV公共配電網(wǎng)絡(luò)，其接入會(huì)給配電網(wǎng)的保護(hù)帶來一定的影響，因此有必要先對(duì)配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及其原有保護(hù)的配置情況加以介紹。

我國配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)通常為單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)，該結(jié)構(gòu)具有接線可靠、保護(hù)整定容易、易擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)。我國配電網(wǎng)的繼電保護(hù)也是以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和配置的，其典型的繼電保護(hù)配置為：線路保護(hù)裝設(shè)在變電站內(nèi)靠近母線的線路斷路器處，配置三段式電流保護(hù)，即瞬時(shí)電流速斷保護(hù)、定時(shí)限電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù)。其中，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)按照躲過線路末端故障產(chǎn)生的最大三相短路電流的方法整定，不能保護(hù)線路全長；定時(shí)限電流速斷保護(hù)按照線路末端故障有靈敏度并與相鄰線路的瞬時(shí)電流速斷保護(hù)配合的方法整定，能夠保護(hù)本線路全長；過電流保護(hù)按照躲線路最大負(fù)荷電流并與相鄰線路的過電流保護(hù)配合的方法整定，作為相鄰線路保護(hù)的遠(yuǎn)后備，能夠保護(hù)相鄰線路的全長。除此之外，對(duì)非全電纜線路，配置三相一次重合閘，保證在線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)快速恢復(fù)供電。對(duì)于不存在與相鄰線路配合問題的終端線路，為簡化保護(hù)配置，一般采用瞬時(shí)電流速斷保護(hù)加過電流保護(hù)組成的二段式保護(hù)，再配以三相一次重合閘的保護(hù)方式，其中電流速斷保護(hù)按照線路末端故障有靈敏度的方法整定，能夠保護(hù)線路全長。

2 單個(gè)DG接入對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)影響的理論分析

2.1 含單個(gè)DG的配電系統(tǒng)

DG對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)產(chǎn)生的影響與DG的容量和類型、保護(hù)安裝位置以及短路點(diǎn)位置有很大關(guān)系。本文選取如圖1所示的典型配電網(wǎng)模型作為研究對(duì)象，推導(dǎo)出不同位置發(fā)生短路情況下流過保護(hù)裝置的短路電流計(jì)算公式，并分析DG對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)產(chǎn)生的影響

圖1所示配電系統(tǒng)含有2條饋線和6條線路，其中Es為系統(tǒng)電源，DG為分布式電源，各線路始端均裝有電流保護(hù)，DG通過母線C接入配電系統(tǒng)。設(shè)系統(tǒng)阻抗為Zs，分布式電源的阻抗為ZDG，對(duì)應(yīng)線路的阻抗分別為ZAB，ZBC，ZCD，ZAF等。下面具體分析不同位置（選取具有代表性的f1，f2，f3點(diǎn)，其中f1，f2，f3分別為線路AB，CD，AF末端短路點(diǎn)）發(fā)生短路情況下流過保護(hù)的短路電流及其對(duì)電流保護(hù)的影響。

3 仿真驗(yàn)證

3.1 模型參數(shù)及電流速斷保護(hù)定值

利用PSCAD/EMTDC建立圖1所示的含單個(gè)DG的配電系統(tǒng)模型。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量500MVA， 基準(zhǔn)電壓10.5kV。系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下的阻抗Xsmin=0.0918，最小運(yùn)行方式下的阻抗Xsmax=0.1268；架空線路AB，BC，AF的參數(shù)為：R=0.278，X=0.3478， 長度分別為2km，2km，4km；電纜CD，DE，F(xiàn)G的參數(shù)為：R=0.2598， X=0.0938，長度分別為7km，14km，6km；末端負(fù)荷阻抗均為（30+j15.7）。

在DG未接入的情況下，原配電網(wǎng)電流保護(hù)定值是按系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下發(fā)生三相短路時(shí)整定的。根據(jù)上述參數(shù)可得出系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下饋線上各段線路末端發(fā)生三相短路故障時(shí)的短路電流如表1所示：

根據(jù)表1得出的短路電流按照電流保護(hù)整定公式進(jìn)行各保護(hù)的電流速斷保護(hù)整定（取可靠系數(shù)=1.2）。由于電流保護(hù)保護(hù)范圍隨系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化而變化，一般按系統(tǒng)最小運(yùn)行方式下兩相短路來校驗(yàn)保護(hù)范圍，可以得出各保護(hù)電流速斷保護(hù)整定值及保護(hù)范圍

3.2 DG接入前后短路電流的變化情況

當(dāng)線路CD末端，即f2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，DG接入前后流過保護(hù)1和3的短路電流值如表2所示。

通過上表，可以明顯的發(fā)現(xiàn)，由于DG的接入，流過保護(hù)1的短路電流由接入前的1688A增加到接入后的2545A，而流過保護(hù)3的短路電流卻由接入前的1688A減小到32A。為了進(jìn)一步說明DG接入前后短路電流的變化情況，下面給出了DG接入前后短路電流變化的對(duì)比曲線。

f2點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，DG接入前流過保護(hù)1和3的短路電流相等，最大值為2KA左右；而當(dāng)DG接入后，流過保護(hù)1的短路電流減小，最大值在0.04KA左右，但流過保護(hù)3的短路電流增大，最大值超過4KA。故和前面的理論分析一致，即：DG接入后，在其下游發(fā)生短路時(shí)，流過DG上游保護(hù)的短路電流減小而流過DG下游保護(hù)的短路電流增大。

3.3 DG提供助增電流導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的情況

設(shè)f2點(diǎn)在0.5s時(shí)發(fā)生瞬時(shí)性三相短路故障，由于f2點(diǎn)位于線路CD的末端，而由3.1小節(jié)知，保護(hù)3的速斷保護(hù)定值為2025A，保護(hù)范圍為線路長度的48%，所以此時(shí)f2點(diǎn)發(fā)生的故障不在保護(hù)3的速斷保護(hù)范圍內(nèi)，保護(hù)3的速斷保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作。

發(fā)現(xiàn)0.5s時(shí)，在f2點(diǎn)發(fā)生瞬時(shí)性三相短路故障后保護(hù)3的速斷保護(hù)發(fā)生了誤動(dòng)。因而驗(yàn)證了前面的理論分析，DG提供的助增電流可能使保護(hù)范圍擴(kuò)大，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的正確性。

通過仿真驗(yàn)證，其他情況下，前面就單個(gè)DG接入對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)影響的理論分析也是正確的。由于篇幅限制，在此不一一給出仿真驗(yàn)證過程。

4 結(jié)語

本文就單個(gè)DG接入對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響進(jìn)行了理論分析和仿真驗(yàn)證。文中針對(duì)單個(gè)DG接入后，配電網(wǎng)不同位置發(fā)生短路時(shí)，推導(dǎo)出含單個(gè)DG配電網(wǎng)短路電流的計(jì)算公式，得出單個(gè)DG的接入會(huì)對(duì)短路電流產(chǎn)生助增、汲流及反向電流的影響。然而DG接入對(duì)配電網(wǎng)保護(hù)的影響還有很多地方需要進(jìn)一步研究，如多個(gè)DG接入的情況，接入DG容量的影響等以及含DG配電網(wǎng)保護(hù)的研究將是今后重要的研究內(nèi)容。

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