DG容量對配電網保護影響的算例仿真

黃小珈

(廣州供電局有限公司,廣東廣州 510000)

DG容量對配電網保護影響的算例仿真

黃小珈

(廣州供電局有限公司,廣東廣州 510000)

對含分布式電源的配電網繼電保護展開研究,文中針對DG容量對傳統過流保護的影響進行了MATLAB仿真。分析了分布式電源并入配電網后在線路不同位置發生短路故障時DG對短路電流產生的助增、汲流和反方向電流的影響。

分布式發電 DG配電網 電流保護 Matlab仿真

我國對分布式電源的研究尚處于起步階段，計劃在2020年將我國的風電裝機容量提高到2000萬千瓦，占到我國發電總裝機容量的2%。在分布式發電中目前應用較為廣泛的主要有小水電、風力發電、光伏發電和熱電冷聯產技術。所謂分布式電源(Distribution Generation，簡稱DG)，既指傳統的分散獨立小型電源，更指未來采用分布式技術聯網上網的一“群”或成組的小型分散電源。

在研究分布式電源的配電網過電流保護時，DG模型通常用一個電源串聯電抗的模型來表示，DG對三段式電流保護的影響主要表現在以下三個方面：

(1)對流過保護的電流產生助增作用，導致線路對應保護電流測量值增大，使保護失去選擇性，導致保護誤動作。

(2)對流過保護的電流產生汲流作用，減小流過保護的短路電流，降低保護的靈敏度，嚴重時甚至拒動。

(3)分布式電源向鄰母線反方向提供短路電流，超過保護整定值，導致保護誤動作。

1 仿真分析

對以上分析進行MATLAB/simulink仿真，建立配電網仿真模型，通過實際算例分析DG容量對配電網保護的影響。

1.1 確定模型參數

采用10kV配電網進行算例仿真，系統網絡結構如圖1。線路參數：

額定電壓：11kV，4個節點(A，B，C，D)。

每段線路阻抗：R=0.12 Ω，X=0.029H，長度為2km。整個系統的電壓降落不超過額定電壓的10%。

負荷：每個母線上接的負荷都是1MW，功率因數是0.95。總的負荷是2MW。

系統電源：額定電壓為11kV。

DG：額定電壓為11kV，所有DG均以0.95的功率因數運行。

1.2 建立仿真模型

采用10kV放射狀配電網進行算例仿真，以同步發電機作為分布式電源，建立仿真模型。根據三段式電流保護，即瞬時電流速度、限時電流速斷一起作為本線路相間短路的主保護；定時限過電流保護則作為本線路相間短路的近后備和相鄰線路的遠后備保護，計算該系統的各段繼電保護定值、靈敏度，以及動作時限。

2 仿真結果分析

DG接入點不變，其容量發生改變，對配電網進行短路計算，同時，考慮到最為惡劣的短路條件對配電網繼電保護有著更大的影響，下面的短路計算與分析都是在系統以最大運行方式下發生三相短路的情況下進行的。

2.1 DG下游處發生三相短路

在C點故障時，隨著分布式電源容量的增加，分布式電源注入故障點的電流逐漸增大，流過R2的故障電流也逐漸增大，但是流經R1的故障電流卻是逐漸減小的；在D點發生故障時的故障電流分布情況也是一樣。

當分布式電源容量達到0.8MVA時，在C點發生三相短路故障時，流過R2的故障電流達到428.9A，而本線路速斷電流保護的整定值為428.2A，在此種情況下，本段線路的電流速斷保護將動作。當分布式電源容量大于0.8MVA時，R2的I段速斷保護范圍將伸到下一線路L3。當L3首端發生故障時，R2、R3都達到電流速斷保護的整定值，2個保護都將跳閘，繼電保護將失去選擇性。當分布式電源容量大于某一值時，繼電保護的保護范圍將伸入下一級線路，隨著容量的增加，分布式電源的助增能力越大，伸入下一段保護的范圍越大，繼電保護的選擇性將得不到滿足。

仿真結果表明，在不改變分布式電源接入位置的情況下，隨著分布式電源容量的改變，在配電網中發生故障時，分布式電源下游保護流經的故障電流增大，上游保護流經的故障電流減小，這將使下游保護的保護范圍增大，而上游保護范圍縮小。

2.2 A處發生三相短路

DG接入點不變，改變連接在母線B上的DG容量，母線A處發生三相短路時流過保護1的故障電流，仿真結果如圖4所示，隨著分布式電源容量的增加，分布式電源注入故障點的電流逐漸增大，流過R1的故障電流也逐漸增大。

仿真結果表明，隨著DG容量的增大，它提供的短路電流逐漸增大，DG上游的保護R1流過的反向電流逐漸增大；DG容量增大到一定程度時，會使其上游的保護R1過的反向電流大于Ⅱ段定值，甚至會大于Ⅰ定值，保護可能會誤動作。

3 結語

由于DG的助增作用，流過DG下游及相鄰饋線保護的故障電流會增大，保護的靈敏度相應的增大；由于DG的分流作用，流過DG上游保護的故障電流會減小，保護的靈敏度相應的減小。

DG對三段式電流保護動作行為的影響主要表現如下：導致本饋線保護的靈敏度降低及拒動；導致本饋線保護的靈敏度提高及失去選擇性；導致本饋線保護誤動；在DG并入配電網后，DG下游發生短路故障時，對下游的保護測量電流產生助增作用，對上游的保護測量電流產生汲流作用，這樣可能會導致下游保護誤動作，而上游保護拒動。

由于分布式電源的并入電網還需要綜合考慮其他因素，因此分布式電源的準入容量需要進一步分析，同時未來的分布式發電保護控制應該從整個系統的全局出發，全面考慮電網、DG和用戶三方利益，充分發揮分布式發電的積極作用，盡量避免分布式發電對電力系統穩定和安全的不利影響，使電力系統更加高效、可靠、和諧地運行。