電動(dòng)汽車接入充放電對(duì)配電網(wǎng)電流保護(hù)的影響分析

摘? 要：由于電動(dòng)汽車接入配電網(wǎng)時(shí)其充放電的時(shí)間、地點(diǎn)以及容量的隨機(jī)性和電動(dòng)汽車處于電源還是負(fù)荷特性的不確定性，將會(huì)改變配電網(wǎng)原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷結(jié)構(gòu)，并且使潮流水平及方向變得復(fù)雜，給配電網(wǎng)原有的繼電保護(hù)配置與整定造成很多影響。本文以中低壓配電網(wǎng)為例，分析了電動(dòng)汽車接入對(duì)電流保護(hù)的影響，并分析了現(xiàn)有的一些解決方案。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);電動(dòng)汽車;電流保護(hù)

中圖分類號(hào)：TM77? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2019）22-0036-03

Abstract：Because of the randomness of charging and discharging time，place and capacity when the electric vehicle is connected to the distribution network and the uncertainty of whether the electric vehicle is in power or load characteristics，the original network structure，power structure and load structure of the distribution network will be changed，and the power flow level and direction will become complex，which will have a lot of impact on the original relay protection configuration and setting of the distribution network. Taking the medium and low voltage distribution network as an example，this paper analyzes the impact of electric vehicle access on current protection，and analyzes some existing solutions.

Keywords：distribution network;electric vehicle;current protection

0? 引? 言

在生態(tài)環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展的背景下，發(fā)展電動(dòng)汽車（Battery Electric Vehicles，BEV）是改善環(huán)境惡化和資源枯竭等問(wèn)題的有效手段。由于國(guó)家對(duì)新能源汽車的政策支持，使得電動(dòng)汽車發(fā)展也有了越來(lái)越廣闊的前景。

考慮對(duì)于電動(dòng)汽車接入的配電網(wǎng)，BEV具備負(fù)荷和電源的雙重特性，當(dāng)BEV充電時(shí)，可以視為配電網(wǎng)的隨機(jī)負(fù)荷;當(dāng)BEV放電時(shí)，可以視為配電網(wǎng)的分布式電源。對(duì)配電網(wǎng)而言，不同的電動(dòng)汽車使用者由于上下班時(shí)間基本相同，因此往往表現(xiàn)出相同或者類似的使用習(xí)慣，同時(shí)受汽車充電樁的限制，會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車集中大規(guī)模地充放電，因此在下班高峰期，很可能面臨電動(dòng)汽車聚集充電的情況。當(dāng)負(fù)荷高峰時(shí)刻，受當(dāng)日行駛里程和激勵(lì)電價(jià)等多種原因影響，大規(guī)模的用戶可能將已儲(chǔ)滿電的電動(dòng)汽車接入配電網(wǎng)，進(jìn)行放電。這些時(shí)候的電動(dòng)汽車接入的容量很大，它的充放電行為對(duì)潮流水平和方向的影響就更加大。

1? 影響分析

當(dāng)前我國(guó)中低壓配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般配置的是三段式電流保護(hù)。下面先對(duì)三段式電流保護(hù)的常規(guī)整定原則和電動(dòng)汽車接入配電網(wǎng)后對(duì)電流保護(hù)的影響進(jìn)行分析。

1.1? 瞬時(shí)電流速斷保護(hù)

為了保證選擇性，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的任務(wù)是快速切除本線路首端部分的短路故障，因此速斷保護(hù)的動(dòng)作電流IOP1按大于最大運(yùn)行方式下，本線路末端B母線上KB點(diǎn)三相短路時(shí)流過(guò)保護(hù)裝置的短路電流這個(gè)原則整定，即：

電流速斷保護(hù)的靈敏性根據(jù)保護(hù)范圍的大小來(lái)衡量。我們一般要求速斷保護(hù)在最小運(yùn)行方式下發(fā)生兩相短路時(shí)的保護(hù)范圍應(yīng)大于線路全長(zhǎng)的15%～20%，這時(shí)裝設(shè)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)才有意義。

影響分析：

假設(shè)此時(shí)BEV處于支路末端并處于充電狀態(tài)，如圖1所示。假如此時(shí)d1點(diǎn)發(fā)生短路故障，由于分支線路的分流作用，相鄰饋線的短路電流減小，瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的電流整定值相對(duì)比較大，因此可能當(dāng)d1發(fā)生故障時(shí)，短路電流可能未達(dá)到速斷保護(hù)的動(dòng)作電流值，從而使保護(hù)1有可能拒動(dòng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，如果為了保證保護(hù)的可靠性，提高速斷保護(hù)的動(dòng)作整定值，那么將會(huì)降低了電流保護(hù)1、2的靈敏度，動(dòng)作電流越大，保護(hù)范圍越小，以致達(dá)不到最小保護(hù)范圍。

當(dāng)DE線路首端d3點(diǎn)短路時(shí)，系統(tǒng)S與BEV同時(shí)向提供短路點(diǎn)提供短路電流。此時(shí)，僅按單側(cè)電源線路配置的保護(hù)4則不足以將故障切除，這時(shí)要改變保護(hù)配置，在DE線路中E母線側(cè)增加斷路器并配置電流保護(hù)，并且均應(yīng)配置方向電流保護(hù)，CD線路亦然。

1.2? 限時(shí)電流速斷保護(hù)

限時(shí)電流速斷保護(hù)要求能彌補(bǔ)瞬時(shí)電流速斷保護(hù)的死區(qū)，保護(hù)本線路的全長(zhǎng)，但又要求保護(hù)范圍不超出相鄰線路Ⅰ段速斷保護(hù)的保護(hù)范圍，因此它的動(dòng)作電流? ?應(yīng)該整定為大于相鄰線路的Ⅰ段速斷保護(hù)的動(dòng)作電流，即：

如圖1所示，當(dāng)BEV接入配電網(wǎng)的支路末端，作為分布式電源進(jìn)行放電，此時(shí)如果d3點(diǎn)發(fā)生短路，短路電流由系統(tǒng)S和BEV共同提供，造成短路電流的增大，若BEV提供的短路電流足夠大，有可能使得短路電流達(dá)到保護(hù)1電流Ⅱ段的整定值，造成保護(hù)1的電流Ⅱ段保護(hù)超越保護(hù)范圍進(jìn)行誤動(dòng)，從而失去了選擇性。這樣出現(xiàn)保護(hù)1與保護(hù)2電流Ⅱ段配合紊亂的現(xiàn)象，從而限制了BEV可以接入的容量。如果要保證BEV的接入容量，就要通過(guò)改變保護(hù)整定值來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是受到BEV接入增大短路電流的影響，增大保護(hù)1Ⅱ段的動(dòng)作電流整定值會(huì)導(dǎo)致保護(hù)范圍減小，可能會(huì)使得不能與保護(hù)1的Ⅰ段配合保護(hù)AB線路的全長(zhǎng)，或者選擇與保護(hù)2電流的Ⅱ段配合，這樣又不得不增加保護(hù)1電流Ⅱ段的延時(shí)。

1.3? 定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)

過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作電流Iop要根據(jù)正常運(yùn)行時(shí)過(guò)電流保護(hù)不動(dòng)作來(lái)整定，因此動(dòng)作電流應(yīng)大于該線路上可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷電流KssILmax，即：

式中：Kss為電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)使線路電流增大的自起動(dòng)系數(shù)。一般取1.5-3.0;ILmax為不考慮電動(dòng)機(jī)自起動(dòng)時(shí)，線路輸送的最大負(fù)荷電流。

為了保證選擇性，過(guò)電流保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限采用階梯原則，即從線路末端到首端動(dòng)作時(shí)限逐級(jí)延長(zhǎng)一個(gè)時(shí)限級(jí)差。Δt為動(dòng)作時(shí)限級(jí)差，一般取0.3s或0.5s。

按公式Ksen=進(jìn)行靈敏系數(shù)的校驗(yàn)。作為近后備保護(hù)時(shí)，要求Ksen>1.3-1.5，Ikmin為最小運(yùn)行方式下的本線路末端兩相短路的短路電流;當(dāng)作為相鄰線路、元件的遠(yuǎn)后備保護(hù)時(shí)，要求Ksen>1.2，Ikmin為最小運(yùn)行方式下，相鄰線路、元件末端兩相短路時(shí)的短路電流。

影響分析：

如圖1所示，同樣當(dāng)BEV接入配電網(wǎng)的支路末端，正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)汽車作為隨機(jī)負(fù)荷在充電站的充電樁進(jìn)行充電，相當(dāng)于配電線路接入大量的負(fù)荷，流過(guò)線路的最大負(fù)荷電流會(huì)增大，極有可能使得負(fù)荷電流增大到保護(hù)整定的動(dòng)作值，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以增大相應(yīng)保護(hù)的整定值，但是從靈敏度計(jì)算公式可以看出，一旦動(dòng)作整定值Iop增大，該保護(hù)的靈敏度Ksen會(huì)變小，即保護(hù)靈敏性變差。

因此，從上面的分析可以看出，當(dāng)電動(dòng)汽車接入配電網(wǎng)，導(dǎo)致配電網(wǎng)的負(fù)荷電流、短路電流的流向、大小等都發(fā)生了變化，從而使得配電網(wǎng)原本配置的三段式電流保護(hù)可能發(fā)生保護(hù)范圍縮小、靈敏度降低、拒動(dòng)誤動(dòng)失去選擇性、增大動(dòng)作時(shí)限不利于快速切除故障等影響。

2? 對(duì)策分析

針對(duì)電動(dòng)汽車的接入對(duì)配電網(wǎng)的影響，很多專家學(xué)者都提出了自己的看法。文獻(xiàn)[1]提出電流保護(hù)后備段整定值的計(jì)算根據(jù)一種靈敏度要求進(jìn)行整定來(lái)改進(jìn)三段式電流保護(hù);文獻(xiàn)[2]提出可以在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)切除BEV，從而恢復(fù)原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和保護(hù)配置;文獻(xiàn)[3]則是分析電動(dòng)汽車接入配電網(wǎng)后配電網(wǎng)的潮流的變化，通過(guò)改變保護(hù)配置解決問(wèn)題，分析了故障前后電流變化，配置雙側(cè)電源的具有方向選擇性的電流保護(hù);文獻(xiàn)[4]考慮加裝限流器，限制BEV接入后導(dǎo)致短路電流增大的問(wèn)題，調(diào)整流過(guò)保護(hù)安裝處的電流水平，從而解決BEV對(duì)電流保護(hù)的影響。

3? 結(jié)? 論

從以上分析可以看到，電動(dòng)汽車接入后的大規(guī)模的充放電行為對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、潮流的大小、方向等都造成了影響，使得原來(lái)單側(cè)電源供電的配電網(wǎng)配置的電流保護(hù)在可靠性、選擇性、速動(dòng)性、靈敏性方面都受到影響。為了解決這些問(wèn)題，提出了限制電動(dòng)汽車接入或者加裝限流器等限制短路電流等的措施。但是這些并不利于電動(dòng)汽車的快速發(fā)展和配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此在之后的配電網(wǎng)保護(hù)原理研究過(guò)程中，主要研究方向還將會(huì)是對(duì)原有保護(hù)原理加以改進(jìn)或者提出新的保護(hù)原理等。

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作者簡(jiǎn)介：楊思斯（1983-），女，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，副教

授，碩士，研究方向：高職教育、電氣工程。