基于分布式電源接入對配網(wǎng)故障電流影響概述

張士杰

摘 要：微電網(wǎng)是將分布式電源、負(fù)荷、儲能裝置、控制系統(tǒng)，整合在一起，形成一種新型的供電系統(tǒng)。它的出現(xiàn)一方面解決了分布式電源就近接入配電網(wǎng)給電網(wǎng)帶來的沖擊性；另一方面也增加了系統(tǒng)電源的供電形式，增強(qiáng)了系統(tǒng)緊急情況下的供電可靠性。但是，伴隨著微電網(wǎng)的接入，給大電網(wǎng)在運(yùn)行、系統(tǒng)的繼電保護(hù)等方面也造成很大的麻煩，如何消除這些不利因素，以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)有效的控制，有必要展開相關(guān)的研究。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；故障；繼電保護(hù)

中圖分類號：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0167-02

引言

隨著電力需求的不斷增加，化石能源的消耗量越來越大，但是化石能源的儲量有限，而且不易形成，給現(xiàn)實(shí)需求提出了嚴(yán)重考驗(yàn)采用分布式發(fā)電技術(shù)，有助于防范大面積停電事故，提高電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力，對于電網(wǎng)和國家安全都有著重要的實(shí)際意義。分布式發(fā)電系統(tǒng)采用的是鄰近的能源，可以實(shí)現(xiàn)分區(qū)分片的靈活供電，不需要建設(shè)遠(yuǎn)距離輸電設(shè)施，節(jié)省輸配電建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用，同時可減少線路損耗，能提高能源利用率。

1 分布式電源的并網(wǎng)方式

各類分布式發(fā)電電源所采用的能源不同，各類能源自身

的特點(diǎn)不一決定了其電源的輸出形式不同，實(shí)際使用中一般

將分布式電源按其并網(wǎng)模式分為三類。

1.1 直接并網(wǎng)

部分分布式電源發(fā)出工頻交流電，符合大電網(wǎng)中的電能質(zhì)量要求，對于這類發(fā)電裝置通常使用直接并網(wǎng)方式并入電網(wǎng)使用。這類并網(wǎng)方式主要出現(xiàn)在籠型感應(yīng)電機(jī)為主的風(fēng)力發(fā)電機(jī)或者傳統(tǒng)的小功率的同步發(fā)電機(jī)。

1.2 逆變器并網(wǎng)

其余的大部分分布式電源由于其能源來源波動性大等特點(diǎn)，發(fā)出的電能并不是工頻交流電，需要先轉(zhuǎn)化為工頻交流電在并入電網(wǎng)。這些分布式電源通常采用電力電子裝置完成轉(zhuǎn)換過程，我們稱之為逆變型分布式電源。具體的逆變過程有兩種。

其一，直流型電源。有燃料電池、光伏電池、太陽能電池及儲能電容等，這些直流電源的共同點(diǎn)是將化學(xué)能、太陽能等能源轉(zhuǎn)化為直流電，然后經(jīng)過逆變器裝置并入電網(wǎng)。

其二，交流-直流-交流型電源。這類電源主要有微型燃?xì)廨啓C(jī)、變頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，發(fā)出的交流電能不是頻率為50Hz的電能或者不能發(fā)出穩(wěn)定頻率的電能。要使發(fā)出的電能能夠并入電網(wǎng)，需要先將發(fā)電機(jī)輸出的交流電經(jīng)整流裝置變?yōu)橹绷麟?，再?jīng)逆變器裝置轉(zhuǎn)化為工頻交流電之后并入電網(wǎng)，以控制電源的輸出頻率保證電能質(zhì)量提高供電可靠性。

2 微電網(wǎng)故障特性分析

微電源（或DG）一般通過電力電子設(shè)備接入大系統(tǒng)，為臨近負(fù)荷提供電能。正常狀況下時由PCC開關(guān)將微電網(wǎng)與系統(tǒng)相連工作在并網(wǎng)模式下；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，通過PCC開關(guān)迅速隔離微電網(wǎng)與大電網(wǎng)。當(dāng)故障切除后，微電網(wǎng)通過相關(guān)程序控制，然后平滑恢復(fù)到與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)分布式 接入配電網(wǎng)后，原有的單電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)會轉(zhuǎn)變成一種多電源的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。微電源經(jīng)逆變器等電力電子裝置并入配電網(wǎng)，傳統(tǒng)的配網(wǎng)中的各個保護(hù)設(shè)備之間依靠故障電流大小而僅有起來的動作時間配合關(guān)系也被破壞，繼電保護(hù)的動作特性能也會受到很大的影響。

3 分布式電源接入位置不同對配電網(wǎng)保護(hù)的影響

3.1分布式電源并入配電網(wǎng)的始端母線上

此時只是相當(dāng)于增加了配電網(wǎng)中供電電源的容量，而對于網(wǎng)絡(luò)中的各條線路來說，并入分布式電源并沒有改變網(wǎng)絡(luò)中單電源輻射網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。當(dāng)此時網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)故障時，會加強(qiáng)保護(hù)元件流過的故障電流值，卻不會影響各保護(hù)間的配合關(guān)系，所以說只要對各保護(hù)處的整定值重新進(jìn)行校正即可，相對其他的各處保護(hù)的影響較小，可以不必要計(jì)較太多。整定數(shù)值重算，再輸入相關(guān)參數(shù)里面即完成了校核工作。

3.2 分布式電源并入配電網(wǎng)的中間母線上

如上圖所示，分布式電源并入網(wǎng)絡(luò)中的中間母線3上，下面對網(wǎng)絡(luò)線路上k1、k2、k3及相鄰線路上k4、k5處故障時系統(tǒng)中的故障電流值的變化情況進(jìn)行分析并總結(jié)其規(guī)律行。

（1）k1處發(fā)生故障。如上圖所示，當(dāng)故障點(diǎn)處于k1時，在PCC斷開前系統(tǒng)短路電流有電源和分布式電源同時向故障點(diǎn)供應(yīng)，但保護(hù)裝置B2中則只會流過由系統(tǒng)電源提供的短路電流，測得的短路電流比實(shí)際的短路點(diǎn)處的短路電流要小，保護(hù)的靈敏度降低。此外當(dāng)B2處的保護(hù)裝置動作后由于分布式電源仍會向故障點(diǎn)提供短路電流，可能會使B2處的瞬時性故障變?yōu)橛谰眯怨收稀?/p>

（2）k2處發(fā)生故障。當(dāng)并入分布式電源的母線上游線路上出現(xiàn)故障，此處會出現(xiàn)上述k1處故障時相同的故障特點(diǎn)。同時該處故障還有一個k1處故障時不具有的特性：當(dāng)k2處故障是靈敏度過低，導(dǎo)致較長時間的延時，此時后備保護(hù)B2會越級動作，擴(kuò)大事故范圍。

（3）k3處發(fā)生故障。如圖當(dāng)k3處發(fā)生故障時，由于短路電流由系統(tǒng)電源和分布式電源一起向故障點(diǎn)供應(yīng)，間接導(dǎo)致過電流水平增加，保護(hù)的靈敏度增大。但是當(dāng)兩電源通過的短路電流過大是可能導(dǎo)致上一級線路L3上的保護(hù)B4也動作，會擴(kuò)大事故范圍。

（4）k5處發(fā)生故障。k5處發(fā)生故障時，在PCC斷開前系統(tǒng)有電源和分布式電源同時向故障點(diǎn)供應(yīng)短路電流，當(dāng)故障電流過大時，保護(hù)的動作狀況類似于k3處故障時的越級動作狀況。

總結(jié)上面各類情況，一方面，可以看出并入分布式電源后會造成連有分布式電源的母線上游線路故障時靈敏度的降低，保護(hù)的延時，從而相關(guān)后備保護(hù)越級跳閘，擴(kuò)大故障范圍。又一方面，由于分布式電源提供的短路電流，可能會使的連有分布式電源的母線與系統(tǒng)電源之間的線路上各保護(hù)發(fā)生誤動作，或者使相鄰饋線上的保護(hù)靈敏度過大，進(jìn)一步導(dǎo)致了保護(hù)范圍故障范圍擴(kuò)大，這些都是因?yàn)榉捶较蚬收想娏鞯淖饔眯Ч?/p>

4 中性點(diǎn)不接地單相接地故障特征分析

我國的10kV配電系統(tǒng)大多數(shù)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地。在這種系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障時，由于其中性點(diǎn)是沒有有效接地的，因此是沒有短路回路的，自然也就不存在短路電流。由于其不影響供電，故允許帶單相接地故障運(yùn)行1～2h。但是這種情況下，系統(tǒng)健全相的對地電壓變?yōu)榱讼到y(tǒng)沒有故障時相電壓的倍，所以會對線路和運(yùn)行設(shè)備的絕緣造成很大的損害，為避免線路絕緣被擊穿造成更嚴(yán)重的故障，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，需要在發(fā)生故障后盡可能快地查出故障點(diǎn)并將故障線路或設(shè)備從系統(tǒng)切除。

5 結(jié)束語

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)相結(jié)合的供電方式將是今后配電網(wǎng)發(fā)展的重要方向，未來的配電網(wǎng)將會是大量的微電網(wǎng)并入。完善保護(hù)和控制系統(tǒng)是今后微電網(wǎng)技術(shù)能夠 繼續(xù)有效的發(fā)展并廣泛的加以應(yīng)用的重要保障，針對于微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行時的對傳統(tǒng)電流三段式保護(hù)的影響有著非常重要意義。

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