一種基于分布式電源系統的配網自適應保護算法

曹松偉 蔣海峰 陳璐璐

（國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇南京211100）

0 引言

國際能源形勢愈發緊張，我國對分布式電源，如光伏、風電、水電等的重視程度與日俱增，人們對新能源的需求也在逐年攀升。隨著新能源的不斷接入，分布式電源的優勢更加明顯，主要體現在其接入的靈活性，并減少了傳統能源損耗和環境污染。

1 DG接入對傳統配網電流保護的影響

圖1為接有分布式電源的配電網簡化圖。

圖1 接有分布式電源的配電網簡化圖

根據圖1可以分析得出：（1）當f1發生故障時，傳統保護可以有效切除故障，但是因為DG的存在，會導致DG右側孤島運行；（2）當f2發生故障時，即使保護1及保護2動作也無法切除故障，導致重合閘失敗，加重了故障帶來的影響；（3）當f3發生故障時，因整定值要考慮到DG的影響，可能會導致相鄰保護誤動；（4）當f4發生故障時，因DG的接入，可能會導致保護4失去選擇性，進而造成保護范圍擴大。

綜上分析得出，因DG的接入，其對保護的影響主要為：（1）保護靈敏度下降；（2）DG下游的保護與上級保護失去配合；（3）DG上游的保護失去選擇性。

2 基于自適應算法的電流速斷保護

為了避免傳統算法因整定值固定不變而不能適應DG接入帶來的影響，本文提出了基于自適應算法的電流速斷保護方案。其原理是通過廣域信息搜集配電網絡的運行狀態以及DG接入的信息，實時計算所保護線路末端故障電流Ifault，并根據此值整定自適應速斷值。

式中：Zd為線路阻抗；Zs為配網系統阻抗；Kk為可靠系數；Kd為故障系數；Es為電網電勢為實時計算得到的線路末端短路電流。

圖2為系統不同狀態下的等效圖。

圖2中，Es、ED為等值電源，ΔUs為故障分量，ΔIs為電流故障分量。設定AB全長為L，α=ZAf/ZAB，0＜α＜1。當圖2中F點出現接地故障時，自適應速斷整定值為：

圖2 系統等效圖

故障電流為：

式中：Zs為系統等效阻抗；U1為保護1測得相電壓；I1為保護1處測得相電流；Zcf1為保護1處與故障點間的阻抗；EF1為保護1后側配網電勢；Icf為保護1處故障電流。

令Iaop1=Icf，即正常Krel取1.1～1.3，從而α＜1，意味著自適應過流保護范圍與取決于Krel。本文取Krel=1.1，α=0.9。

當α′＞α時，若故障發生點位于保護1的保護范圍之外，保護1將可靠不動作。

因此，保護1保護線路AB全長的αL部分；相應地，保護2保護線路BA全長的αL部分。

3 仿真驗證

圖3為基于PSCAD/EMTDC的仿真模型，設置系統內部等效電抗為Lsmin=0.000 29 H，Lsmax=0.000 4 H，額定電壓為10.5 kV，容量為500 MVA。設置架空線AF全長4 km，AB、BC全長2 km，阻抗為X=0.347 Ω/km，R=0.27 Ω/km；設置電纜線路FG全長6 km，CD全長7 km，阻抗大小為X=0.093 Ω/km，R=0.259 Ω/km；DG采用受控電流源，負荷為恒阻抗模型。

圖3 基于PSCAD/EMTDC的仿真模型

若圖1中設定的DG上游f2點發生瞬時故障，那么傳統保護不能識別故障點是在DG上游或者下游，所以保護2的原理采用自適應方案，保護2動作波形如圖4所示。

圖4 保護2動作波形

從仿真結果分析得出，針對DG上游故障，自適應算法能夠可靠地動作跳閘，保證了保護的選擇性和靈敏性，并重合成功，同時還能夠確保上下級保護的有效配合。

4 結語

針對分布式電源接入系統后對配電網保護系統產生的影響，本文提出了基于廣域信息采集的自適應整定算法，并通過建立PSCAD/EMTDC平臺仿真模型，驗證了該算法的有效性和可靠性。