含分布式電源10kV饋線繼電保護仿真研究

摘 要：分布式電源接入不同的配電網(wǎng)時，將有可能對饋線的繼電保護造成不同程度的影響。在分析含分布式電源的10kV配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用PSCAD軟件，構(gòu)建了由主變壓器、饋線線路、分布式電源等值模型所構(gòu)成的饋線仿真模型。對于饋線不同位置發(fā)生的相間短路對繼電保護的影響進行了研究，提出了相應(yīng)的整定改進方案。仿真結(jié)果證明，新型方案可有效消除分布式電源對于饋線電流保護的影響。

關(guān)鍵詞：分布式電源 相間短路 饋線保護 PSCAD

中圖分類號：TM77文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2013）04（c）-0098-02

目前我國中、低壓配電網(wǎng)主要是單側(cè)電源、輻射型供電網(wǎng)絡(luò)[1]，配電網(wǎng)的繼電保護相對于高電壓大系統(tǒng)的繼電保護而言，屬于簡單保護。而隨著電力系統(tǒng)中分布式電源（Distribution Generation，DG）接入配電網(wǎng)，配電系統(tǒng)從放射狀結(jié)構(gòu)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，潮流的大小和方向可能發(fā)生巨大變化[2]。從而將對繼電保護的動作行為產(chǎn)生影響。

在我國，10kV饋線為終端線路，一般無下一級線路，配置的繼電保護多采用兩段式相間方向電流保護。受線路傳輸功率的限制，其所接入的DG容量都較小。在故障時DG所能提供的短路功率也存在多種不確定因素，饋線所在系統(tǒng)參數(shù)的變化，線路長度的變化等，都將對繼電保護的動作行為產(chǎn)生影響。

在某些的電氣量參數(shù)的選擇范圍已知的條件下，只要找出含DG饋線不同位置故障時的電流量變化規(guī)律，就能在不改變原有保護配置的基礎(chǔ)上，通過對原有繼電保護整定方案進行相應(yīng)的改進，解決上述難點問題。

1 含分布式電源饋線故障分析

DG的引入使配電系統(tǒng)從單電源輻射網(wǎng)絡(luò)變?yōu)殡p端或多端有源網(wǎng)絡(luò)。不同位置的保護會受到不同位置的故障的影響，這勢必影響原有饋線保護的選擇性和靈敏性[3]，因此有必要在分析這些影響，DG接入系統(tǒng)如圖1所示。

圖1中Es為110kV等值電源（內(nèi)含有等值阻抗），MT為主變壓器（內(nèi)含有等值阻抗），F(xiàn)L1為饋線1，F(xiàn)L2為饋線2，P1、P2為饋線保護，DG為分布式電源，QF為斷路器，K1、K2、K3代表線路故障。

對于保護P1而言，當(dāng)K3點發(fā)生故障時，DG會提供故障電流，經(jīng)保護P1流向故障點，如該電流足夠大且保護P1未加裝方向元件，將有可能造成保護P1的誤動；當(dāng)K1點發(fā)生故障時，DG和系統(tǒng)電源一起向故障點提供短路電流，AB線路變成了雙側(cè)電源供電線路，這種情況下保護P1檢測到系統(tǒng)電源提供的短路電流與無DG時的變化不大，方向也沒有改變，對保護P1影響不大；當(dāng)K2點發(fā)生故障時，此時分布式電源具有分流作用，電源提供的故障電流小于DG未接入時的故障電流，當(dāng)降低到保護P1整定值時，保護P1將拒動。

綜上所述，在加入DG后，相鄰饋線上K3故障時，DG提供電流的對P1保護有影響，P1帶方向以保證反向故障不會誤動作即可消除此影響；上游K1故障對P1保護基本無影響；下游K2故障使得P1的保護范圍變小。以上分析結(jié)果表明，配電網(wǎng)中接入分布式電源后，傳統(tǒng)的電流保護無法適應(yīng)其電源出力的隨機性改變，電流保護按照原有的整定原則將不再正確的反應(yīng)于故障，需要重新整定動作電流和動作時限。

2 饋線故障的仿真研究

以圖2所示10kV配電網(wǎng)為例，新型的繼電保護整定方案進行PSCAD仿真研究。遵照相關(guān)電氣設(shè)備的運行規(guī)程，假定饋線由單臺110kV變壓器供電，即不考慮主變壓器并列運行的情況。

（1）系統(tǒng)等值阻抗，其最大值按系統(tǒng)短路容量為1000MVA所對應(yīng)阻抗考慮，其最小值按系統(tǒng)短路容量為5000MVA所對應(yīng)阻抗考慮。

（2）主變壓器參數(shù)，其對應(yīng)額定容量按16、20 MVA、31.5 MVA、40 MVA、50 MVA五種情況考慮，短路電壓百分?jǐn)?shù)按10.5%考慮。

（3）分布電源DG參數(shù)，按其最大額定容量為5 MVA，短路容量為10、20、30、40、50 MVA考慮。

（4）10 kV饋線中線路阻抗，該值的變化實質(zhì)上為DG安裝位置的變化，線路總長度不超過15 km。

（5）DT的阻抗按其最大額定容量0.8 MVA，短路電壓百分?jǐn)?shù)按8%考慮

利用PSCADMultipleRun功能，改變線路L1、L2長度分別為3 km和12 km、6 km和9 km、9 km和6 km、12 km和3 km，對于主變?nèi)萘俊G短路容量各五種變化情況進行多步仿真，得出最小運行方式下本線路末端發(fā)生BC相間短路時流過保護的靈敏系數(shù)，利用MATLAB的m文件對仿真結(jié)果進行處理，得到圖3所示圖形。

由上圖不難發(fā)現(xiàn)，靈敏系數(shù)最低值在0.8左右，保護不能夠可靠動作。可以采用下面描述的方案來改進。

3 饋線保護改進方案

各類型分布式電源的發(fā)電機都裝有可靠的保護裝置，在最小運行方式下線路末端發(fā)生相間短路時，電流速斷保護的整定值應(yīng)可以保證保護有足夠靈敏度，在DG保護的配合下，對相應(yīng)的整定值進行調(diào)整，消除DG接入對饋線電流保護的影響。

4 結(jié)語

DG的接入對配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、故障電流的方向、大小都產(chǎn)生了一定的影響。本文研究了DG對于10kV饋線電流保護的影響，在不改變原有饋線保護配置的基礎(chǔ)上，提出了有關(guān)饋線電流保護整定的改進方案。

綜上所述，在含DG的10kV配電網(wǎng)絡(luò)中，DG雖然可能會影響電流保護的靈敏度，但經(jīng)過合理的整定，并不會導(dǎo)致保護無法快速動作，且能保證繼電保護對于DG所在饋線故障的選擇性。

參考文獻

[1]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護原理[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]Scott N C， Atkinson D J， Morrell J E. Use of Load Control to Regulate Voltage on Distribution Networks with Embedded Generation[J]. IEEE Trans on Power Systems， 2002， 17（2）：510-515.

[3]張艷霞，代鳳仙.含分布式電源配電網(wǎng)的饋線保護新方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2009，121（33）：72-74.