淺析DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響

關(guān)乃夫 韋志培

摘 要：分布式電源（Distributed Generation，DG）與大電網(wǎng)的結(jié)合被當(dāng)今世界眾多能源專(zhuān)家認(rèn)為是21世紀(jì)電力行業(yè)需不斷研究的方向，這是一種既能并網(wǎng)又可以解列運(yùn)行的發(fā)電方式。本文概述了DG并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)的影響，以含DG的簡(jiǎn)單配電網(wǎng)為例，用MATLAB仿真定量研究DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響。結(jié)果表明，該影響與DG容量及安裝位置有關(guān)。

關(guān)鍵詞：DG并網(wǎng)；電流保護(hù)；配電網(wǎng)；MATLAB

中圖分類(lèi)號(hào)：TM77 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

分布式電源是近年來(lái)新興的新能源發(fā)電，指發(fā)電量就近消納的中小型發(fā)電設(shè)施。DG并網(wǎng)可以補(bǔ)償傳統(tǒng)大電網(wǎng)供配電，削峰填谷，實(shí)現(xiàn)邊遠(yuǎn)地區(qū)獨(dú)立發(fā)電；另外，大電網(wǎng)是DG的強(qiáng)大后盾，倘若DG故障，前者可及時(shí)為該區(qū)域供電，保證電能質(zhì)量，同時(shí)有助于DG技術(shù)推廣應(yīng)用。DG并網(wǎng)，有助于抵御自然災(zāi)害的不良影響，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)意義重大。DG大量并入配電網(wǎng)時(shí)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從簡(jiǎn)單的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)變成復(fù)雜的有源網(wǎng)絡(luò)，對(duì)繼電保護(hù)產(chǎn)生一定影響。為解決對(duì)DG接納能力有限而引起的問(wèn)題，本文從電流保護(hù)方向入手，分析其并網(wǎng)影響。

1 傳統(tǒng)配電網(wǎng)的特點(diǎn)

配電網(wǎng)根據(jù)電壓等級(jí)，可以劃分為高壓配電網(wǎng)（35kV～110kV）、中壓配電網(wǎng)（6kV～10kV）、低壓配電網(wǎng)（220/380V）。在我國(guó)10kV配電網(wǎng)較為常見(jiàn)，多呈樹(shù)狀輻射型，閉環(huán)設(shè)計(jì)開(kāi)環(huán)運(yùn)行，電流、功率的方向具有單一確定性，通常配置三段式電流保護(hù)，且無(wú)需配置方向性電流保護(hù)。10kV配電網(wǎng)多采用供電可靠性高的小電流接地系統(tǒng)，單相接地短路后仍能運(yùn)行一段時(shí)間。

2 DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

由于電網(wǎng)與DG特性，DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響也有消極的一面，主要有影響潮流方向、短路電流與重合閘等多方面。

（1）影響潮流方向

傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流方向較確定，保護(hù)整定較易。隨著DG大容量、大數(shù)量并入配電網(wǎng)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，潮流方向不再?gòu)母邏耗妇€(xiàn)定向流向負(fù)荷。故障時(shí)，繼電保護(hù)原先整定不再可靠靈敏。

（2）影響短路電流

當(dāng)DG尚未并網(wǎng)時(shí)，各保護(hù)能可靠配合。而DG并入配電網(wǎng)后，一旦發(fā)生故障，由于DG電源狀態(tài)的助增電流和負(fù)荷狀態(tài)的汲流作用，可能會(huì)使保護(hù)點(diǎn)失去可靠性、選擇性、靈敏性，進(jìn)而引發(fā)繼電保護(hù)誤動(dòng)作。實(shí)際中接入電網(wǎng)的DG種類(lèi)和數(shù)量之多，使配電網(wǎng)短路電流的分析更復(fù)雜，DG并網(wǎng)會(huì)受到更多制約。

（3）影響重合閘

系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)生瞬時(shí)性故障后，由保護(hù)動(dòng)作迅速切除故障，待電弧自動(dòng)熄滅，大部分情況下故障處的絕緣性可自動(dòng)恢復(fù)，實(shí)現(xiàn)重合閘，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。但DG并網(wǎng)后形成多源網(wǎng)絡(luò)，需對(duì)重合閘重新考慮。

（4）其他影響

DG并網(wǎng)故障時(shí)的助增電流會(huì)影響線(xiàn)路及用電設(shè)備的熱穩(wěn)定性，這對(duì)設(shè)備廠(chǎng)家提出更高要求；在削峰填谷方面，需綜合考慮DG所能提供的功率；偏遠(yuǎn)地區(qū)不易采集DG實(shí)時(shí)信息，不利于電網(wǎng)調(diào)度。

3 DG并網(wǎng)對(duì)配電電流保護(hù)影響算例

為定量研究DG并網(wǎng)對(duì)電流保護(hù)的影響，通過(guò)短路電流的計(jì)算，分析各保護(hù)點(diǎn)的選擇性、靈敏性和可靠性。以圖1所示10kV簡(jiǎn)單配電網(wǎng)為例，用MATLAB搭建仿真圖。為分析DG容量多保護(hù)的影響，DG在母線(xiàn)B處接入。例中系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓選取10.5kV，基準(zhǔn)容量100MVA，末端母線(xiàn)處接入等效負(fù)荷有功2MW、無(wú)功0.4MVar，架空線(xiàn)路單位長(zhǎng)度阻抗z=（0.027+j0.35）Ω/km。

正常運(yùn)行狀態(tài)下，配電網(wǎng)各測(cè)量點(diǎn)電流，見(jiàn)表1。

（1）分析DG對(duì)下游保護(hù)的影響

假設(shè)BC末端發(fā)生三相短路，取KI

K=1.2，通過(guò)計(jì)算得出保護(hù)2的電流Ⅰ段整定值為0.57kA。逐漸增加DG的容量，查看保護(hù)2的短路電流值，見(jiàn)表2。

由表2可知，當(dāng)DG的容量大于8MW，保護(hù)2的短路電流大于整定值0.57kA，將與保護(hù)3的Ⅰ、Ⅱ段失去配合。若在母線(xiàn)B的出口處發(fā)生故障就無(wú)法保證繼電保護(hù)的選擇性。

（2）分析DG對(duì)上游保護(hù)的影響

假設(shè)BC出口兩相短路，逐漸增加DG容量，查看保護(hù)1的短路電流，見(jiàn)表3。

由表3可知，保護(hù)1的電流值隨DG容量的增大而減小的。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)1的短路電流往往達(dá)不到整定值而拒動(dòng)，這會(huì)影響其靈敏性。

（3）分析DG對(duì)相鄰饋線(xiàn)的影響

假設(shè)EF出口發(fā)生兩相短路，逐漸增加DG的容量，查看保護(hù)1的短路電流值，見(jiàn)表4。

由表4可知，保護(hù)1的短路電流隨DG容量增大而增大。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)1和4的故障電流因DG的助增作用而增大，保護(hù)4的保護(hù)范圍將延伸至下一級(jí)線(xiàn)路，與保護(hù)5失去配合。而且，只在AB線(xiàn)路首段裝設(shè)保護(hù)1是不能完全保護(hù)線(xiàn)路的，DG的接入會(huì)帶來(lái)反向故障電流，會(huì)對(duì)線(xiàn)路造成危害。需要在AB線(xiàn)路末端加設(shè)一個(gè)保護(hù)6，當(dāng)AB電路中任何一點(diǎn)發(fā)生故障，保護(hù)1、6同時(shí)跳開(kāi)，才能真正起到保護(hù)線(xiàn)路的作用。

結(jié)語(yǔ)

本文就潮流方向、短路電流、重合閘3個(gè)方面概述了DG并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的影響。利用MATLAB建立了以DG并網(wǎng)的模型，從繼電保護(hù)的“四性”出發(fā)，改變分布式電源的注入容量大小來(lái)分析DG并網(wǎng)的影響，考慮DG助增與汲流作用，分析DG并網(wǎng)對(duì)各保護(hù)點(diǎn)的影響。仿真結(jié)果表明，DG容量與安裝位置都會(huì)對(duì)DG并網(wǎng)產(chǎn)生影響，據(jù)此調(diào)整定值，對(duì)繼電保護(hù)工作具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

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