電動汽車接入充放電對配電網電流保護的影響分析

摘? 要：由于電動汽車接入配電網時其充放電的時間、地點以及容量的隨機性和電動汽車處于電源還是負荷特性的不確定性，將會改變配電網原有的網絡結構、電源結構和負荷結構，并且使潮流水平及方向變得復雜，給配電網原有的繼電保護配置與整定造成很多影響。本文以中低壓配電網為例，分析了電動汽車接入對電流保護的影響，并分析了現有的一些解決方案。

關鍵詞：配電網;電動汽車;電流保護

中圖分類號：TM77? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）22-0036-03

Abstract：Because of the randomness of charging and discharging time，place and capacity when the electric vehicle is connected to the distribution network and the uncertainty of whether the electric vehicle is in power or load characteristics，the original network structure，power structure and load structure of the distribution network will be changed，and the power flow level and direction will become complex，which will have a lot of impact on the original relay protection configuration and setting of the distribution network. Taking the medium and low voltage distribution network as an example，this paper analyzes the impact of electric vehicle access on current protection，and analyzes some existing solutions.

Keywords：distribution network;electric vehicle;current protection

0? 引? 言

在生態環境保護、可持續發展的背景下，發展電動汽車（Battery Electric Vehicles，BEV）是改善環境惡化和資源枯竭等問題的有效手段。由于國家對新能源汽車的政策支持，使得電動汽車發展也有了越來越廣闊的前景。

考慮對于電動汽車接入的配電網，BEV具備負荷和電源的雙重特性，當BEV充電時，可以視為配電網的隨機負荷;當BEV放電時，可以視為配電網的分布式電源。對配電網而言，不同的電動汽車使用者由于上下班時間基本相同，因此往往表現出相同或者類似的使用習慣，同時受汽車充電樁的限制，會導致電動汽車集中大規模地充放電，因此在下班高峰期，很可能面臨電動汽車聚集充電的情況。當負荷高峰時刻，受當日行駛里程和激勵電價等多種原因影響，大規模的用戶可能將已儲滿電的電動汽車接入配電網，進行放電。這些時候的電動汽車接入的容量很大，它的充放電行為對潮流水平和方向的影響就更加大。

1? 影響分析

當前我國中低壓配電網的網絡結構如圖1所示，一般配置的是三段式電流保護。下面先對三段式電流保護的常規整定原則和電動汽車接入配電網后對電流保護的影響進行分析。

1.1? 瞬時電流速斷保護

為了保證選擇性，瞬時電流速斷保護的任務是快速切除本線路首端部分的短路故障，因此速斷保護的動作電流IOP1按大于最大運行方式下，本線路末端B母線上KB點三相短路時流過保護裝置的短路電流這個原則整定，即：

電流速斷保護的靈敏性根據保護范圍的大小來衡量。我們一般要求速斷保護在最小運行方式下發生兩相短路時的保護范圍應大于線路全長的15%～20%，這時裝設瞬時電流速斷保護才有意義。

影響分析：

假設此時BEV處于支路末端并處于充電狀態，如圖1所示。假如此時d1點發生短路故障，由于分支線路的分流作用，相鄰饋線的短路電流減小，瞬時電流速斷保護的電流整定值相對比較大，因此可能當d1發生故障時，短路電流可能未達到速斷保護的動作電流值，從而使保護1有可能拒動。為了解決這個問題，如果為了保證保護的可靠性，提高速斷保護的動作整定值，那么將會降低了電流保護1、2的靈敏度，動作電流越大，保護范圍越小，以致達不到最小保護范圍。

當DE線路首端d3點短路時，系統S與BEV同時向提供短路點提供短路電流。此時，僅按單側電源線路配置的保護4則不足以將故障切除，這時要改變保護配置，在DE線路中E母線側增加斷路器并配置電流保護，并且均應配置方向電流保護，CD線路亦然。

1.2? 限時電流速斷保護

限時電流速斷保護要求能彌補瞬時電流速斷保護的死區，保護本線路的全長，但又要求保護范圍不超出相鄰線路Ⅰ段速斷保護的保護范圍，因此它的動作電流? ?應該整定為大于相鄰線路的Ⅰ段速斷保護的動作電流，即：

如圖1所示，當BEV接入配電網的支路末端，作為分布式電源進行放電，此時如果d3點發生短路，短路電流由系統S和BEV共同提供，造成短路電流的增大，若BEV提供的短路電流足夠大，有可能使得短路電流達到保護1電流Ⅱ段的整定值，造成保護1的電流Ⅱ段保護超越保護范圍進行誤動，從而失去了選擇性。這樣出現保護1與保護2電流Ⅱ段配合紊亂的現象，從而限制了BEV可以接入的容量。如果要保證BEV的接入容量，就要通過改變保護整定值來實現，但是受到BEV接入增大短路電流的影響，增大保護1Ⅱ段的動作電流整定值會導致保護范圍減小，可能會使得不能與保護1的Ⅰ段配合保護AB線路的全長，或者選擇與保護2電流的Ⅱ段配合，這樣又不得不增加保護1電流Ⅱ段的延時。

1.3? 定時限過電流保護

過電流保護的動作電流Iop要根據正常運行時過電流保護不動作來整定，因此動作電流應大于該線路上可能出現的最大負荷電流KssILmax，即：

式中：Kss為電動機自起動使線路電流增大的自起動系數。一般取1.5-3.0;ILmax為不考慮電動機自起動時，線路輸送的最大負荷電流。

為了保證選擇性，過電流保護的動作時限采用階梯原則，即從線路末端到首端動作時限逐級延長一個時限級差。Δt為動作時限級差，一般取0.3s或0.5s。

按公式Ksen=進行靈敏系數的校驗。作為近后備保護時，要求Ksen>1.3-1.5，Ikmin為最小運行方式下的本線路末端兩相短路的短路電流;當作為相鄰線路、元件的遠后備保護時，要求Ksen>1.2，Ikmin為最小運行方式下，相鄰線路、元件末端兩相短路時的短路電流。

影響分析：

如圖1所示，同樣當BEV接入配電網的支路末端，正常運行時，電動汽車作為隨機負荷在充電站的充電樁進行充電，相當于配電線路接入大量的負荷，流過線路的最大負荷電流會增大，極有可能使得負荷電流增大到保護整定的動作值，導致保護誤動作。為了解決這個問題，可以增大相應保護的整定值，但是從靈敏度計算公式可以看出，一旦動作整定值Iop增大，該保護的靈敏度Ksen會變小，即保護靈敏性變差。

因此，從上面的分析可以看出，當電動汽車接入配電網，導致配電網的負荷電流、短路電流的流向、大小等都發生了變化，從而使得配電網原本配置的三段式電流保護可能發生保護范圍縮小、靈敏度降低、拒動誤動失去選擇性、增大動作時限不利于快速切除故障等影響。

2? 對策分析

針對電動汽車的接入對配電網的影響，很多專家學者都提出了自己的看法。文獻[1]提出電流保護后備段整定值的計算根據一種靈敏度要求進行整定來改進三段式電流保護;文獻[2]提出可以在配電網出現故障時切除BEV，從而恢復原有網絡結構和保護配置;文獻[3]則是分析電動汽車接入配電網后配電網的潮流的變化，通過改變保護配置解決問題，分析了故障前后電流變化，配置雙側電源的具有方向選擇性的電流保護;文獻[4]考慮加裝限流器，限制BEV接入后導致短路電流增大的問題，調整流過保護安裝處的電流水平，從而解決BEV對電流保護的影響。

3? 結? 論

從以上分析可以看到，電動汽車接入后的大規模的充放電行為對配電網絡原有的網絡結構、潮流的大小、方向等都造成了影響，使得原來單側電源供電的配電網配置的電流保護在可靠性、選擇性、速動性、靈敏性方面都受到影響。為了解決這些問題，提出了限制電動汽車接入或者加裝限流器等限制短路電流等的措施。但是這些并不利于電動汽車的快速發展和配電網的穩定運行，因此在之后的配電網保護原理研究過程中，主要研究方向還將會是對原有保護原理加以改進或者提出新的保護原理等。

參考文獻：

[1] 張偉波.考慮電動汽車隨機負荷接入的配電網保護方案研究 [D].北京：華北電力大學，2018.

[2] 李振興，田斌，尹項根，等.含分布式電源與隨機負荷的主動配電網保護 [J].高電壓技術，2017，43（4）：1231-1238.

[3] 劉凱，李幼儀.主動配電網保護方案的研究 [J].中國電機工程學報，2014，34（16）：2584-2590.

[4] 付文秀，范春菊，楊煉，等.配電網中分布式電源的選址定容和電流保護策略 [J].電力系統自動化，2014，38（10）：78-84.

作者簡介：楊思斯（1983-），女，漢族，湖南長沙人，副教

授，碩士，研究方向：高職教育、電氣工程。