配電網(wǎng)保護(hù)受到分布式電源容量干擾分析

王環(huán)

摘要

當(dāng)使用含分布式電源技術(shù)的配電網(wǎng)網(wǎng)線路出現(xiàn)故障后，分布式電源的注入電流會產(chǎn)生助增、汲流和反向電流等問題，造成配電網(wǎng)保護(hù)的誤動以及拒動現(xiàn)象，從而影響繼電保護(hù)的正確動作。因此，分析分布式電源容量對配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響非常關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】配電網(wǎng)保護(hù) 分布式電源容量 測量值

1 分布式電源概述

分布式電源C DistributedGeneration，DG）是一種獨立的電源，是20世紀(jì)70年代美國提出的概念，主要是分布在10kW-30MW小型模塊式的、同時和環(huán)境兼容的配電網(wǎng)中。太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能和風(fēng)能等基本上采用的是分布式電源方式，其發(fā)電形式通常是小型熱電聯(lián)產(chǎn)、太陽能光伏發(fā)電、小型風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)力水力蓄電等形式。這使得分布式電源表現(xiàn)出節(jié)省輸變電投資、使用再生能源、增加供電可靠性、減小網(wǎng)損等優(yōu)點，可以說對環(huán)境有著非常好的兼容性。

2 配電網(wǎng)保護(hù)受到分布式電源容量干擾

配電網(wǎng)在電網(wǎng)中發(fā)揮著電能分配作用，具體而言是從某一發(fā)電廠或者電力輸電網(wǎng)中獲取電能，利用配電設(shè)施采取就地分配，或者是根據(jù)電壓逐級分配給不同用戶的電力網(wǎng)絡(luò)。配電網(wǎng)在運行的過程中會受到環(huán)境、自身、設(shè)備等因素影響，使得運行出現(xiàn)異常，或者發(fā)生故障問題。假設(shè)出現(xiàn)異常，就會造成電力系統(tǒng)中的各種電氣元件受到損害。假設(shè)發(fā)生故障，電流就會增大，造成電網(wǎng)里面的設(shè)備和線路造成影響，輕則影響正常供電，重則造成電壓崩潰、系統(tǒng)震蕩等事故。接下來我們將分析關(guān)于分布式電源在線路各個位置出現(xiàn)短路故障后，對配電網(wǎng)電流保護(hù)的各種影響。

2.1 分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)

分布式電源的配電網(wǎng)繼電保護(hù)的影響和電源容量與類型、安裝位置和短路故障點位置都存在很大的關(guān)聯(lián)性。本文將選取的是10.5kV配電網(wǎng)模型為研究對像，配電網(wǎng)系統(tǒng)電源容量是S，S=500MVA，內(nèi)部電抗是L，L=0.0004H。如圖1，分布式電源的配電網(wǎng)等效電路圖。

從分布式電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，我們把AB兩點設(shè)成4km的架空線路，BC兩點設(shè)成6km的電纜線路，AD、DE兩點分別設(shè)成2km的架空線路，EF兩點設(shè)成7km、FG兩點設(shè)成14km的電纜線路。然后按照系統(tǒng)不同點的故障和電源的不同接入點，采取配電網(wǎng)系統(tǒng)電流分配機(jī)制，以此分析分布式電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響。

2.2 配電網(wǎng)保護(hù)受到分布式電源容量干擾的分析

一是當(dāng)分布式電源上游f3、f4位置出現(xiàn)故障電源容量的干擾。從圖1，我們分析。當(dāng)f3位置處，出現(xiàn)短路故障后，系統(tǒng)電源只會為保護(hù)3供短路電流，為了能夠正確找到故障，并精確解除這個范圍里的故障。從圖1發(fā)現(xiàn)，f3處出現(xiàn)短路故障DG對保護(hù)3是沒有任何影響的，對于保護(hù)4，就會由流過由DG提供的反向短路電流，使得保護(hù)4產(chǎn)生誤動，讓DG和下游負(fù)荷構(gòu)成孤立點。這樣我們就需要分析DG的孤立點運行情況。對于流經(jīng)保護(hù)3、4的短路電流公式分別：

其中：Es、Edg分別是系統(tǒng)和分布式電源出口相電壓。

按照配電網(wǎng)參數(shù)、電流保護(hù)的整定公式，可以獲得流經(jīng)保護(hù)4的短路電流，如圖2為AD段產(chǎn)生三相短路時保護(hù)測量值。

從圖2我們可以看出，分布式電源的注入后，保護(hù)3沒有受到干擾，可以在DG容量大于M點時，也就是系統(tǒng)容量的13.5%后，這時由于DG的增大，造成保護(hù)4的短路電流超過保護(hù)段的電流整定值，當(dāng)短路故障出現(xiàn)后，經(jīng)過延時之后，假設(shè)DG沒有及時斷開，那么保護(hù)4的Ⅱ段動作，切除故障線路，造成DG和下游負(fù)荷形成孤立點。

當(dāng)f4位置處，出現(xiàn)短路故障后，DG對于保護(hù)3、4沒有影響，繼電保護(hù)可以正常動作于故障，可以在保護(hù)3、4動作后，DG會持續(xù)向f4處傳送短路電流，這樣會對故障點的電弧影響，造成其熄滅，使得系統(tǒng)重合閘失效。針對這問題，可以在線路DE的E母線側(cè)加裝電流保護(hù)，使得在F4出現(xiàn)故障時，達(dá)到對故障點電流的注入。

二是當(dāng)分布式電源下游出現(xiàn)故障電源容量的干擾。從圖1我們可以看見，就是0的位置產(chǎn)生故障，系統(tǒng)電源和DG共同向故障初輸送短路電流，此時，可以獲得流經(jīng)保護(hù)3、4和5的短路電流公式：

而Egd和Zgd的公式分別是：

從以上，我們可以獲知，因為分布式電流的影響，流經(jīng)保護(hù)3、4的短路電流降低，使得保護(hù)3、4的保護(hù)范圍變窄，這樣對保護(hù)3、4形成拒動，相反，對流經(jīng)保護(hù)5的短路電流反而增多，以此對5的保護(hù)范圍增大，這樣很有可能對保護(hù)5造成誤動。按照配電網(wǎng)參數(shù)、電流保護(hù)的整定公式，可以獲得流經(jīng)保護(hù)3、4和保護(hù)5的短路電流，其中M點這時是44.398MVA。如果分布式電源容量高過M點44.398MVA時，流經(jīng)保護(hù)5的短路電流就會超過保護(hù)Ⅰ段的整定值。

3 結(jié)語

從分布式電源上下游出現(xiàn)故障電源容量的干擾分析，可以知道，短路故障出現(xiàn)在上游時，分布式電源會反向向保護(hù)注入電流，造成保護(hù)失去方向性產(chǎn)生誤動。當(dāng)短路故障出現(xiàn)在下游時會增加對下游保護(hù)范圍的誤動，同時，對上游的保護(hù)范圍減小形成拒動。當(dāng)分布式電源反向的向保護(hù)輸送電流，極易發(fā)生保護(hù)誤動，從而對故障線路進(jìn)行切出，對于這種情況，應(yīng)該認(rèn)定為重合閘或者孤島情況。

參考文獻(xiàn)

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