分布式電源對配電網(wǎng)保護(hù)的分析

白森珂

(西安科技大學(xué) 電氣與控制工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引 言

分布式電源大多安裝在負(fù)荷周圍，避免了電能的遠(yuǎn)距離傳輸，減少了電力損耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益，但分布電源也對電網(wǎng)的運行和保護(hù)帶來了一些影響。傳統(tǒng)的低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)為單電源、輻射狀，主要采用電流保護(hù)，分布式電源并網(wǎng)后，整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。原本的單電源網(wǎng)絡(luò)成為多電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，功率流向也由單向變成雙向改變了系統(tǒng)的潮流分布。DG并網(wǎng)后對繼電保護(hù)帶來的最大的不利影響有兩點:一是各短路電流大小的改變，導(dǎo)致各個保護(hù)之間的配合出現(xiàn)問題；二是由于電流保護(hù)裝置里沒有方向元件，故障電流由單向變成雙向，導(dǎo)致保護(hù)誤動。短路電流的大小和方向受DG 的接入位置、接入容量、投切時間、數(shù)量類型等因素影響，而短路電流直接與電網(wǎng)的保護(hù)性能有關(guān)。

1 配電網(wǎng)保護(hù)的配置結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的配電網(wǎng)保護(hù)主要有三段式電流保護(hù)和反時限過電流保護(hù)。三段式電流保護(hù)，即瞬時電流速斷保護(hù)、限時電流速斷保護(hù)和定時限過電流保護(hù)。瞬時電流速斷保護(hù)的整定值是躲過本線路末端的最大短路電流。動作時間僅有電流繼電器及中間繼電器的固有動作時間，動作迅速但無法保護(hù)線路全長。限時電流速斷保護(hù)主要是用來切除瞬時電流速斷保護(hù)范圍以外的故障，與下游線路的瞬時電流速斷保護(hù)相配合，作為下一級瞬時電流保護(hù)的后備保護(hù)。過電流保護(hù)按躲過本線路最大負(fù)荷電流整定，可以保護(hù)本線路和相鄰線路的全長。

反時限過電流保護(hù)是保護(hù)的動作時間與保護(hù)輸入電流有關(guān)的一種保護(hù)，故障電流越大動作時間越短；故障電流越小，動作時間越長。它是一種具有自適應(yīng)能力的保護(hù)，可以很好地滿足選擇性和速動性，并且能夠防止因冷起動電流引起的保護(hù)誤動。

本文針對圖1所示含分布式發(fā)電的典型配電網(wǎng)模型，分析DG對配電網(wǎng)保護(hù)的影響。

圖1 含分布能源的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 分布式發(fā)電不同短路位置對配電網(wǎng)保護(hù)的影響

(1)F1點短路

若短路發(fā)生在F1處，系統(tǒng)電源向保護(hù)1提供故障電流，同時DG經(jīng)保護(hù)2流過短路電流。此時若故障電流超過保護(hù)1的整定值便動作切除故障線路。保護(hù)2則會流過反向故障電流，由于保護(hù)2并無方向元件，保護(hù)2可能會誤動作，從而導(dǎo)致DG下游形成孤島。

(2)F2點短路

F2點發(fā)生故障，系統(tǒng)電源經(jīng)保護(hù)1、保護(hù)2流過故障電流，達(dá)到整定值，保護(hù)2切除故障，但由于DG的存在，保護(hù)2斷開后仍會有短路電流形成電弧，致使重合閘失敗，延長了瞬時性故障的停電時間。

(3)F3點短路

故障發(fā)生在F3處即DG的下游時，保護(hù)1和保護(hù)2的故障電流比未并入DG時小，導(dǎo)致保護(hù)1和保護(hù)2的靈敏度降低，保護(hù)范圍減小。保護(hù)3流過系統(tǒng)電源和DG共同提供的故障電流，擴(kuò)大了保護(hù)范圍。

(4)相鄰饋線F4點短路

F4點發(fā)生短路故障后，保護(hù)1、2將會流過由DG提供的反向故障電流。由于保護(hù)2的整定值小于保護(hù)1的整定值，保護(hù)2可能會誤動作。系統(tǒng)電源和DG共同向保護(hù)4提供短路電流，保護(hù)4可能會與下一級保護(hù)失去配合。

3 分布式電源不同容量對配電網(wǎng)保護(hù)的影響

本節(jié)主要針對分布電源不同的接入容量對保護(hù)的影響，在PSCAD中建模仿真并分析，仿真模型如圖2所示。

圖2 分布式電源的PSCAD仿真模型

仿真參數(shù)為：系統(tǒng)電壓10.5 kV,最大運行方式下RS=0.104，線路參數(shù)R0=0.22 Ω/kM,單位長度電感為L1=L2=1.2 mH/kM,L0=5.478 mH/kM。單位長度電容為C1=C2=0.0096 mF/kM,C0=0.082 mF/kM。

3.1 DG上游短路

假若F1點短路，DG設(shè)定不同容量，得到各個保護(hù)的不同故障電流值，如表1所示。

表1 F1點短路各故障電流值

由表1可以看出，保護(hù)1流過的短路電流和DG容量的增大成負(fù)相關(guān)，保護(hù)2、3的短路電流與DG容量是正相關(guān)關(guān)系，而相鄰饋線的保護(hù)4、5幾乎無影響。

3.2 F3點發(fā)生故障

故障發(fā)生在DG的下游F3點，得到各保護(hù)的故障電流，如表2所示。

表2 F3點發(fā)生故障各保護(hù)的故障電流值

在DG上游的保護(hù)1、2隨DG容量增大而減小，保護(hù)靈敏度降低。保護(hù)3由于DG的助流作用而隨DG的容量增大而增大，保護(hù)可能會誤動。而相鄰饋線保護(hù)4、5幾乎無影響。

4 結(jié) 論

分布式發(fā)電大大節(jié)約了輸電成本，有很好的經(jīng)濟(jì)效益，然而給配電網(wǎng)帶來的影響也不能忽略。DG的接入導(dǎo)致配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，在保護(hù)沒有方向元件的情況下產(chǎn)生誤動，導(dǎo)致故障擴(kuò)大。本文針對傳統(tǒng)的配電網(wǎng)模型，分析了DG的上游、下游以及相鄰饋線發(fā)生故障時的故障電流差異和DG給繼電保護(hù)帶來的影響。在PSCAD中建立了含DG雙饋線配電網(wǎng)模型，分析了DG的接入容量的不同給傳統(tǒng)保護(hù)帶來的影響。