淺析DG并網對配電網電流保護的影響

關乃夫 韋志培

摘 要：分布式電源（Distributed Generation，DG）與大電網的結合被當今世界眾多能源專家認為是21世紀電力行業需不斷研究的方向，這是一種既能并網又可以解列運行的發電方式。本文概述了DG并網后對配電網的影響，以含DG的簡單配電網為例，用MATLAB仿真定量研究DG并網對配電網電流保護的影響。結果表明，該影響與DG容量及安裝位置有關。

關鍵詞：DG并網；電流保護；配電網；MATLAB

中圖分類號：TM77 文獻標志碼：A

0 引言

分布式電源是近年來新興的新能源發電，指發電量就近消納的中小型發電設施。DG并網可以補償傳統大電網供配電，削峰填谷，實現邊遠地區獨立發電；另外，大電網是DG的強大后盾，倘若DG故障，前者可及時為該區域供電，保證電能質量，同時有助于DG技術推廣應用。DG并網，有助于抵御自然災害的不良影響，對國民經濟意義重大。DG大量并入配電網時，系統結構從簡單的無源網絡變成復雜的有源網絡，對繼電保護產生一定影響。為解決對DG接納能力有限而引起的問題，本文從電流保護方向入手，分析其并網影響。

1 傳統配電網的特點

配電網根據電壓等級，可以劃分為高壓配電網（35kV～110kV）、中壓配電網（6kV～10kV）、低壓配電網（220/380V）。在我國10kV配電網較為常見，多呈樹狀輻射型，閉環設計開環運行，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，且無需配置方向性電流保護。10kV配電網多采用供電可靠性高的小電流接地系統，單相接地短路后仍能運行一段時間。

2 DG并網對配電網的影響

由于電網與DG特性，DG并網對配電網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

傳統配電網潮流方向較確定，保護整定較易。隨著DG大容量、大數量并入配電網，網架結構變得復雜，潮流方向不再從高壓母線定向流向負荷。故障時，繼電保護原先整定不再可靠靈敏。

（2）影響短路電流

當DG尚未并網時，各保護能可靠配合。而DG并入配電網后，一旦發生故障，由于DG電源狀態的助增電流和負荷狀態的汲流作用，可能會使保護點失去可靠性、選擇性、靈敏性，進而引發繼電保護誤動作。實際中接入電網的DG種類和數量之多，使配電網短路電流的分析更復雜，DG并網會受到更多制約。

（3）影響重合閘

系統運行經驗表明，發生瞬時性故障后，由保護動作迅速切除故障，待電弧自動熄滅，大部分情況下故障處的絕緣性可自動恢復，實現重合閘，提高系統暫態穩定性。但DG并網后形成多源網絡，需對重合閘重新考慮。

（4）其他影響

DG并網故障時的助增電流會影響線路及用電設備的熱穩定性，這對設備廠家提出更高要求；在削峰填谷方面，需綜合考慮DG所能提供的功率；偏遠地區不易采集DG實時信息，不利于電網調度。

3 DG并網對配電電流保護影響算例

為定量研究DG并網對電流保護的影響，通過短路電流的計算，分析各保護點的選擇性、靈敏性和可靠性。以圖1所示10kV簡單配電網為例，用MATLAB搭建仿真圖。為分析DG容量多保護的影響，DG在母線B處接入。例中系統基準電壓選取10.5kV，基準容量100MVA，末端母線處接入等效負荷有功2MW、無功0.4MVar，架空線路單位長度阻抗z=（0.027+j0.35）Ω/km。

正常運行狀態下，配電網各測量點電流，見表1。

（1）分析DG對下游保護的影響

假設BC末端發生三相短路，取KI

K=1.2，通過計算得出保護2的電流Ⅰ段整定值為0.57kA。逐漸增加DG的容量，查看保護2的短路電流值，見表2。

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

（2）分析DG對上游保護的影響

假設BC出口兩相短路，逐漸增加DG容量，查看保護1的短路電流，見表3。

由表3可知，保護1的電流值隨DG容量的增大而減小的。當發生故障時，保護1的短路電流往往達不到整定值而拒動，這會影響其靈敏性。

（3）分析DG對相鄰饋線的影響

假設EF出口發生兩相短路，逐漸增加DG的容量，查看保護1的短路電流值，見表4。

由表4可知，保護1的短路電流隨DG容量增大而增大。當發生故障時，保護1和4的故障電流因DG的助增作用而增大，保護4的保護范圍將延伸至下一級線路，與保護5失去配合。而且，只在AB線路首段裝設保護1是不能完全保護線路的，DG的接入會帶來反向故障電流，會對線路造成危害。需要在AB線路末端加設一個保護6，當AB電路中任何一點發生故障，保護1、6同時跳開，才能真正起到保護線路的作用。

結語

本文就潮流方向、短路電流、重合閘3個方面概述了DG并網對配電網的影響。利用MATLAB建立了以DG并網的模型，從繼電保護的“四性”出發，改變分布式電源的注入容量大小來分析DG并網的影響，考慮DG助增與汲流作用，分析DG并網對各保護點的影響。仿真結果表明，DG容量與安裝位置都會對DG并網產生影響，據此調整定值，對繼電保護工作具有重大意義。

參考文獻

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