分布式光伏電源接入對配電網(wǎng)保護的影響

柳想 王芳祿

摘要：階段式電流保護常用于配電網(wǎng)繼電保護中，但分布式電源接入配電網(wǎng)后，會改變其短路電流大小及方向，導致保護誤動拒動等。以ETAP軟件為平臺搭建含光伏電源的10 kV配電網(wǎng)模型，研究一定容量的光伏電源接入后對傳統(tǒng)電流速斷保護及反時限過電流保護動作配合的影響，并在不改變原有保護方案的基礎(chǔ)上，仿真并驗證限制光伏電源接入容量的保護策略。

關(guān)鍵詞：光伏電源;ETAP軟件;配電網(wǎng)保護;影響

中圖分類號：TM615? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）05-0037-04

分布式光伏發(fā)電具有不會對空氣造成污染、有太陽就能發(fā)電等優(yōu)點，已成為重要的可再生能源之一。但是光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)后，當線路發(fā)生故障時會改變短路電流的大小及方向，從而對配電網(wǎng)原有繼電保護的正常運行造成影響。隨著計算機仿真技術(shù)的發(fā)展，越來越多的軟件可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)繼電保護計算及仿真。本課題利用ETAP 12.6.0建立光伏電源接入10 kV配電網(wǎng)的模型，對含光伏電源的配電網(wǎng)進行較為精確的仿真分析。

1 光伏電源接入對配電網(wǎng)保護的影響

1.1 仿真系統(tǒng)模型及參數(shù)

利用電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP（Enterprise Software Solutions for Electrical Power Systems）對分布式光伏電源并入配電網(wǎng)進行建模仿真分析。結(jié)合東北電網(wǎng)具體情況，設(shè)計10 kV典型配電網(wǎng)仿真模型（如圖1所示）。

由圖1可以看出：該10 kV配電網(wǎng)仿真模型由兩線饋線組成，母線Bus3和母線Bus5分別位于饋線末端，直接與負荷相連。將等效電網(wǎng)系統(tǒng)容量設(shè)置為100 MVA，X/R設(shè)置為20，ETAP軟件直接計算出等效電網(wǎng)短路阻抗的正序阻抗、負序阻抗、零序阻抗數(shù)值。傳輸線Line的導體類型為AAAC，阻抗值為0.859 Ω/km，AB線路長2.641 km，BC線路長1.497 km，DE線路長2.815 km，EF線路長1.000 km。

繼電器Realy1～Relay4均選用ALSTOM的P121模型。電流互感器的變比均為2500/5。Iset′為電流速斷保護的整定值，t′為電流速斷保護的動作時間（0 s）;Iset′′′為反時限過電流保護的整定值，t′′′為其動作時間，動作時限滿足逐級配合關(guān)系。具體參數(shù)設(shè)置見表1。

ETAP軟件的光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列和逆變器構(gòu)成。根據(jù)實際太陽能電池陣列輸出的總功率，配置不同串并聯(lián)型式的光伏電池組合。設(shè)置光伏電源PVA1的容量為10.7 MW，逆變器直流額定電壓為220 V，將其通過BC線路上H點接入配電網(wǎng)。

1.2 不同線路故障時光伏電源對保護的影響

1.2.1 當BC線路末端K1點短路 如圖2所示，當BC線路上K1點發(fā)生三相短路故障時，流過保護Relay1的短路電流雖然僅由系統(tǒng)電源提供，但由于光伏電源的汲流作用，導致流過Relay1的短路電流值減小。由仿真結(jié)果可知，此時流過Relay1的短路電流為0. 685 kA，電流速斷保護不會動作，過電流保護也不會動作。而仿真PVA1未接入配電網(wǎng)時K1點短路時的故障電流情況，流過Relay1的短路電流為1.217 kA。說明光伏電源的接入使得流過Relay1的短路電流明顯減小，嚴重時Relay1甚至會拒動。

1.2.2 當AB線路中間位置K2點短路 如圖3所示，在PVA1的容量與接入點均不變的情況下，當AB線路上K2點發(fā)生三相短路故障時，Relay2與Relay1的電流速斷保護同時動作。流過Relay2的短路電流僅由系統(tǒng)電源提供，其并未受到光伏電源的影響，所以Relay2的電流速斷保護能夠正確動作。而此時光伏電源對Relay1提供了2.400 kA的反向故障電流，達到了Relay1電流速斷保護的整定值，所以Relay1與Relay2的電流速斷保護同時動作。說明光伏電源的接入導致保護Relay1誤動作。

1.2.3 當DE線路首端K3點短路 如圖4所示，在PVA1的容量與接入點位置均不變的情況下，當其他分支DE線路首端K3點發(fā)生短路故障時，流過Relay3的短路電流僅由系統(tǒng)電源流向故障點的電流所提供，所以Relay3的電流速斷保護能夠正常運行，切除故障。而此時在光伏電源的作用下，流過Relay1的反向故障電流突然增大，達到Relay1的電流速斷保護整定值，所以其電流速斷保護動作，使保護失去了可靠性。

2 改進方法

由以上分析可知，光伏電源接入配電網(wǎng)會使傳統(tǒng)電流保護發(fā)生拒動或誤動。在不改變原有電流保護方案的前提下，可以通過限制配電網(wǎng)中光伏電源接入容量來保證繼電保護裝置的可靠動作。為此，針對光伏電源接入后DE線路上K3點發(fā)生短路故障時的具體情況，仿真驗證減小光伏電源接入容量的保護策略。

DE線路上K3點發(fā)生短路故障時，PVA1提供的流過Relay1與Relay2的反向短路電流相同，而保護裝置越靠近線路末端，保護的整定值越小，保護越容易誤動，因此只需要考慮Relay1的動作情況即可。并且PVA1對流過Relay3的電流具有助增作用。K3點發(fā)生短路故障時，流過Relay1的短路電流值為IK3，其電流速斷保護整定值為Iset1′，只有當IK3

取原光伏電源容量的一半，將5.3 MW的光伏電源接入線路進行仿真驗證。首先將PVA1容量設(shè)置為5.3 MW，其他元件參數(shù)不變，再將PVA1接入原來的位置。如圖5所示，此時Relay3的電流速斷保護動作，切除故障。光伏電源提供的助增電流為1.100 kA，流過Relay1的短路電流值并未達到Relay1的電流速斷保護整定值，故Relay1不動作。繼電保護恢復了快速、準確動作，保護正常運行。

減少光伏電源的接入容量后，線路上發(fā)生三相短路故障時PVA1所提供的短路電流相應減小，未達到Relay1的電流速斷保護整定值，所以其不動作。而Relay3的電流速斷保護在t=0 s時動作，如果Relay3的電流速斷保護拒動，則由其反時限過電流保護在t=0.482 s時動作，切除故障，保護仍然可以可靠動作。可見，接入配電網(wǎng)的光伏電源的容量是影響保護裝置正常運行的重要因素之一。接入光伏電源的容量越大，線路上發(fā)生故障時由其提供的短路電流越大，保護裝置誤動作的風險也就越大。因此，適當限制光伏電源的接入容量，可以有效解決故障電流對保護裝置的影響。

3 結(jié)論

采用電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP建立典型的配電網(wǎng)模型，對10.7 MW的光伏電源PVA1接入線路上同一位置而不同線路發(fā)生故障時光伏電源對短路電流的影響進行仿真。當故障發(fā)生在光伏電源接入點上游時，故障點距其接入點越近，其提供的短路電流越大，保護裝置越容易誤動。光伏電源接入配電網(wǎng)的容量越大，其對短路電流的影響越大，當其容量足夠大時，會引起保護誤動和拒動，對配電網(wǎng)帶來危害。以K3點短路時光伏電源對保護裝置的具體影響情況為例，在不改變原有保護方案的前提下，仿真驗證了限制光伏電源接入容量的保護策略，避免了保護誤動作，并且未對原有配電網(wǎng)保護做出改動，經(jīng)濟性較好，是一種相對優(yōu)化的方案。

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