分布式電源接入配電網電流保護研究

任健銘+王星星

【摘要】：分布式電源的配置方案會對配電網的可靠性和經濟性產生重要影響。針對該問題，文章建立了以有功網損最小為目標的數學模型，在傳統的節點電壓、支路電流和容量約束的基礎上增加了繼電保護的約束，將其以限制短路電流大小而使保護裝置不誤動的形式呈現出來。同時，采用自適應遺傳算法對分布式電源的選址定容進行優化。最后，通過對IEEE33節點模型進行仿真計算驗證分布式電源配置過程中計及保護約束的必要性以及自適應遺傳算法更好的收斂性和適應性。

【關鍵詞】：分布式電源；配電網；電流保護

引言

目前，隨著風能、太陽能等新能源的蓬勃發展，分布式電源（DistributedGeneration，DG）在配電網中的接入容量越來越大，使得配電網中潮流不再如單電源網絡一般沿各輻射支路單方向流動，同時改變了故障情況下短路電流的大小和方向，傳統的三段式電流保護可靠性已經無法滿足要求，繼電保護裝置具有誤動或拒動的可能性，甚至會造成故障蔓延，擴大停電范圍，嚴重影響配電網的供電可靠性。因此，從高效利用新能源和配電網安全穩定運行綜合考慮，對DG在配電網中的接入容量和接入地點的研究，具有十分重要的現實意義。

1、分布式電源概述

分布式電源（distributedgeneration，DG）的概念最早于1978年在美國公共事業管理政策法中提出。分布式電源主要包括太陽能發電、風力發電、微型燃氣輪機、燃料電池及蓄電池等。這些分布式電源通常裝機容量小、靠近電力用戶，一般可以直接向其就近的用電負荷供電或根據需要向配電網輸出電能。典型的分布式電源定義可以概括為：直接分布在用電負荷附近或布置在配電網末端的發電設施，可以經濟、高效、可靠地發電，并滿足特定用戶的需求或支持現存配電網的經濟運行的微電源。

2、DG接入配電網的電流保護方案

2.1接入點在母線處的保護方案

此保護方案按照DG的接入點，把饋線劃分為兩個區域：一是，DG上游，線路AB與BC構成；二是，DG下游，線路CD與DE構成。DG接入點的上游位置設置斷路器和保護裝置5。在區域1中保護4以及保護5位置加裝方向縱聯保護，如果區域中出現故障，它能夠瞬時動作來保護整個區域；在保護3與保護4位置加裝帶方向元件的定時限過電流保護。如果區域1出現故障情況，DG輸出功率較小或者停止運行，可能造成方向縱聯保護5位置的方向元件靈敏度下降而無法動作，因此，在保護5位置應當安裝弱饋保護。在保護4與保護5位置設置重合閘功能，如果保護4位置斷路器出現跳閘，會啟動保護4位置的重合閘并繼續供電。因為這時保護5位置的斷路器并未重合，所以保護4僅可安裝普通的重合閘，不需要其具備檢同期功能。保護5位置的重合閘功能僅僅在保護4判定為瞬時故障的情況下才能啟動，因為DG依舊存在，所以此時重合閘需檢同期。若區域1出現故障為瞬時性，重合閘動作后便可以恢復供電；若屬于永久性故障，那么故障由過流保護3或4選擇性切除。

2.2統購統銷模式下的保護配置

（1）系統側保護配置在系統側10kV母線以段為單位配置故障解列保護，并與光伏電站聯絡線斷路器進行連鎖，母線故障時聯絡線斷路器跳停；變電站與光伏電站聯絡線配置階段式方向過電流保護；電網側線路應設置具備三相一次重合閘功能的保護，重合閘時間要與光伏電站最大解列時間相配合；T接點處斷路器保護配置應由當地電業局依照光伏電站容量等情況進行針對性進行，該斷路器應配置常規的線路保護，并且應具備重合閘功能。（2）光伏電站側保護配置在產權分界點處配置階段式方向過電流保護，方向應指向升壓變壓器；結合限時速斷電流保護與接入示意圖2中斷路器QF1的保護相互配合；并網斷路器應具備低周、低壓及高周、高壓解列等功能，同時還需要配置帶方向的速斷過電流保護及差動保護。

2.3保護裝置改造

由表3中計算數據可以看出，分布式電源并網后，原網絡電流保護裝置出現以下不正常運行狀況：部分電流保護在配電網故障情況下發生誤動（Id9）、部分電流保護靈敏度校驗不合格（Id10）、部分保護在系統正常運行情況下發生誤動（Id11）。針對上述問題提出保護裝置改造措施：DG并網點下游故障時，對其并網點上游保護進行靈敏度校驗，對不能滿足要求的保護重新整定，對重新整定后速斷保護范圍嚴重縮短的保護加裝電壓電流聯鎖速斷保護[16]；DG并網點上游或相鄰線路故障時，為避免并網點上游保護誤動，需采取措施限制分布式電源向短路點反送電流，必要時考慮為保護加裝方向元件；針對系統正常運行情況下可能發生誤動的保護，可依據DG并網后線路的過負荷電流對保護動作值進行重新整定。

2.4并網運行

微電網中央控制器執行并網運行的實時控制策略。為提高可再生能源利用效率，微電源一般以最大出力運行，儲能裝置將起到平抑微電源出力波動、削峰填谷等作用。同時，儲能控制器將按照中央控制器下達的調控指令實現儲能裝置的充放電，確保聯絡線路輸送功率在規定的范圍之內運行。

2.5孤網運行

微電網中央控制器執行孤網運行實時控制策略。一般將可控的微電源作為微電網主電源，并以恒壓恒頻（U/f）控制方式運行，其他微電源和儲能裝置則根據微電網中央控制器下達的調控指令調節各自的運行出力，實現微電網內部電力供需平衡。當可控微電源和儲能裝置的調節能力不足時，微電網中央控制器將下達微電源/儲能/負荷投切指令。

結語

由集中式發電向分布式發電的轉變是以后電網發展的趨勢，所以對分布式電源入網的研究勢在必行。本文在以有功網損最小為目標，重點考慮短路電流約束的基礎上用自適應遺傳算法來規劃了DG接入配電網的位置和容量。仿真結果表明：（1）DG接入配電網后，網絡的有功損耗明顯減小，說明DG的接入對網絡本身是有利的；（2）在對DG進行優化配置的過程中，計及繼電保護的影響是必要的；（3）自適應遺傳算法相比傳統的遺傳算法存在收斂性和適應性上的優勢。

【參考文獻】：

[1]習偉，張哲，陳衛，等.光伏逆變器短路特性分析[J].電力系統保護與控制，2015，43（7）：70-75.

[2]韓富佳，王淳.基于Matlab的分布式光伏并網發電系統對配電網電能質量的影響[J].電測與儀表，2015，52（14）：16-21.endprint