分布式電源的接入對配電網的影響

葉金鳳 吳彥 褚夫飛 侯誠程

摘 要：研究傳統三段式電流保護，通過仿真實驗驗證電流Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段的特點。分析分布式電源（Distributed Generation，DG）接入不同的位置，在不同地方發生故障時DG容量變化對線路各保護所測故障電流的影響，而此影響將引起保護的誤動或拒動，并通過MATLAB仿真驗證DG接入的容量和位置的不同對保護造成的影響。

關鍵詞：分布式電源（DG）;電流保護;配電網

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）28-00-03

Abstract： The traditional three-stage current protection is studied， and the characteristics of current Ⅰ，Ⅱ and Ⅲ are?verified by simulation. Analyze the influence of DG capacity change on the fault current measured by each protection of the line when DG is connected to different locations and faults occur in different places， which will cause misoperation or refusal of protection. Matlab simulation is used to verify the impact of different capacity and location of DG access on protection.

Keywords： Distributed Generation（DG）;current protection;distribution network

分布式電源（Distributed Generation，DG）接入配電網不僅減小了輸電線路上的電能損耗，而且提高了對用戶供電的可靠性，發揮了其清潔環保、靈活供電、設施建設周期短及投資成本小的優勢。分布式電源的接入改變了原電壓分布和潮流分布[1-2]。在發生短路時，分布式電源的助增和外汲的作用會影響故障電流的大小和方向，導致原先的電流保護不能正確動作，減小了保護范圍，降低了保護靈敏性。配電網作為輸電和用電的橋梁，其安全穩定運行能保證用戶的正常用電，所以研究分布式電源對配電網的電流保護帶來的影響尤為重要[3-5]。

1 三段式電流保護理論

1.1 瞬時電流速斷保護（電流Ⅰ段）

電流Ⅰ段保護按照線路末端短路時的最大短路電流來整定，整定值高，保護范圍小，動作快，無延時，不能保護線路的全長。

1.2 限時電流速斷保護（電流Ⅱ段）

電流Ⅱ段與下條線路的電流Ⅰ段相配合來整定，保護范圍不超過下條線路的Ⅰ段，動作有較短的延時，能夠保護線路的全長。

1.3 定時限過電流保護（電流Ⅲ段）

電流Ⅲ段按照線路的最大負荷電流來整定，整定值小，保護范圍大，但是動作時限長，一般作為后備保護。

1.3.1 DG接入配電網的中間母線D時對保護的影響。DG接入D母線如圖1所示。

分布式電源的內阻抗Xd為次暫態電抗，有，其中Ss為系統容量，Sd為分布式電源的容量。X1、X2、X3、X4、X5分別是線路AC的電抗、線路CD的電抗、線路DE的電抗、線路AB的電抗、系統阻抗。I1、I2、I3、I4分別是保護1、保護2、保護3、保護4測得的電流。

在DG的上游發生短路F1，相比于未接入DG來說，流過短路點的電流有所上升，短路電流I1沒有發生改變，但是流過保護2的短路電流I2由分布式電源提供，會隨著分布式電源容量的大幅度變化而變化。如果分布式電源容量大于保護2的整定值，將會導致保護2誤動作。保護3和保護4沒有短路電流流過，所以不受影響。

發生短路F2時，I1、I2保持不變且相等，仍是由系統的電源提供，保護3和保護4沒有短路電流流過。

在DG下游發生短路F3，由于DG的接入，I3會增大，增加了保護3動作的靈敏性，保護4沒有短路電流，保護1、保護2所測短路電流I1、I2因DG分流而減小，將會降低保護1、保護2作為后備保護的靈敏度。如果保護3拒動，保護1、保護2可能會因靈敏度降低而拒動。

同理，在DG相鄰線路發生短路F4時，流過短路點F4的電流I4增大，使保護4動作更加靈敏，隨著DG容量的變化而發生改變。如果DG容量很大，I1、I2大于保護1、保護2的整定值，可能會使保護1、保護2誤動。

1.3.2 DG接入配電網末端母線E對保護的影響。在發生短路F1時，短路點電流相比與DG未接入會增大，流過保護1的短路電流沒有變化，仍然由系統電源提供，保護2、保護3電流I2、I3會隨著分布式電源容量的增大而增大，當大于整定值時可能會誤動作。保護4沒有短路電流流過。發生短路F2時，短路點F2的電流值會有所上升，電流I1、I2不受影響，但是流過保護3的短路電流會隨著DG容量變化而發生改變。當DG的容量增加的幅度很大時，使得I3大于整定值，使保護3誤動作。保護4則不受到影響。發生短路F3時，短路點F3電流增大，保護1、保護2、保護3的短路電流I1、I2、I3不受影響，由系統電源提供，保護4所測故障電流為0。在DG相鄰饋線發生故障F4時，保護1、保護2、保護3、保護4所測電流情況如下：如果沒有接分布式電源，保護1、保護2、保護3無短路電流通過;DG接入后，若DG的容量Sd太大，會使保護1、保護2、保護3存在誤動風險，I4的增大，會使保護4作為主保護時動作更加靈敏。

通過上面的分析可以得出，分布式電源接入D母線和接入E母線，短路點電流都會增大，對于電氣設備的損害會更加嚴重，且DG接入不同的位置對保護的影響也會不同，可能會使保護靈敏性增大，也可能會使保護不能正確迅速動作，那么接入分布式電源后傳統的三段式電流保護的整定值不再適用，需要根據分布式電源的接入做出相應變化。

2 仿真

分布式電源接入D母線如圖2所示，電壓等級220 kV，AB=50 km，AC=50 km，CD=50 km，DE=50 km，系統電源采用無窮大電源系統，負荷1為100 MW，負荷2為100 MW，分布式電源用同步發電機來代替，改變同步發電機的容量來改變分布式電源的容量。

DG容量分別為0 MW、10 MW、15 MW、20 MW時，保護1、保護2測得的故障電流幅值分別為1 750 A、1 738 A、1 733 A、1 727 A。DG容量慢慢往上增加時，保護1、保護2測得的短路電流會慢慢往下降低，因此會降低保護1和保護2作為后備保護的靈敏度，與理論分析一致。因為DG容量相對于無窮大電源而言太小，所以保護1、保護2所測電流變化很小，而保護3測得的故障電流幅值分別為1 823 A、1 880 A、1 938 A、1 997 A。DG容量慢慢往上增加時，保護3測得的短路電流I3也會慢慢往上增加。本線路發生故障時，保護3的靈敏度增加，但是作為后備保護，可能會存在著誤動風險，與理論分析一致。

在F2處出現故障時，分布式電源容量為0 MW、10 MW、15 MW、20 MW時，保護1、保護2測得電流分別為1 981 A、1 981 A、1 982 A、1 982 A。保護1、保護2所測短路電流相等，I1、I2隨著DG容量變化也很微小，幾乎可以忽略，仍由系統提供，與前面理論分析一致。DG容量分別為0 MW、20 MW時，保護2會測得短路電流且會慢慢增加。當DG容量足夠大時，保護2測得的短路電流可能會大于整定值而誤動作，使繼電保護失去選擇性。

F4處發生短路時，DG容量為0 MW、30 MW、60 MW時，保護2測得電流為0 A、139.3 A、957.6 A。因此，DG容量慢慢往上增加時會使保護2測得的故障電流I2也會慢慢上升，甚至大于保護2的整定值，使保護2誤動。DG容量為0 MW、20 MW時，保護4所測電流分別為2 263 A、2 395 A。保護4的短路電流會隨著分布式電源容量的增大而增大，保護4作為主保護的靈敏度會增加，但作為后備保護可能會有誤動的風險。

同理，對分布式電源接入E母線時進行仿真，電壓等級220 kV，AB=50 km，AC=50 km，CD=50 km，DE=50 km，系統電源采用無窮大電源系統，負荷1為100 MW，負荷2為100 MW，DG用同步發電機來代替，改變同步發電機的容量來改變DG的容量.

DG為0 MW、5 MW、10 MW、20 MW時，保護3測得電流分別為0 A、103.5 A、200.0 A、411.4 A。DG容量慢慢往上升時，保護3測得電流也會慢慢增大，存在誤動風險。保護2與保護3所測電流相等。保護1測得電流分別為1 613 A、1 614 A、1 614 A、1 617 A，所以保護1的短路電流基本不變，不受DG的影響。

F2發生短路時，可以看出DG容量為0 MW、5 MW、10 MW、20 MW時，保護3測得電流分別為0 A、104.0 A、202.5 A、402.5 A。可見，DG容量慢慢往上增加時，保護3測得的故障電流I3有所增加，增加的幅度較大，DG容量很大時保護3可能會誤動。DG為0 MW、5 MW、10 MW時，保護1測得電流分別為1 432 A、1 433 A、1 433 A，保護2測得電流分別為1 432 A、1 438 A、1 439 A。保護1、保護2所測得的電流大致相等，且隨著DG容量的改變，保護所測電流幾乎不變。

F3發生短路時，DG容量為0 MW、5 MW、10 MW、20 MW時，保護1、保護2、保護3測得電流分別為1 300 A、1 294 A、1 294 A、1 251 A。可見，DG容量變化對保護1、保護2、保護3所測短路電流基本無影響。

F4發生短路時，DG為0 MW、5 MW、10 MW、20 MW時，保護4測得電流分別為1 622 A、1 645 A、1 776 A、1 963 A。保護1、保護2、保護3測得電流分別為49.85 A、164.4 A、164.3 A、461.7 A。DG容量慢慢往上增加，保護1、保護2、保護3、保護4的短路電流I1、I2、I3、I4也會慢慢往上增大，保護1、保護2、保護3可能會大于整定值而誤動。保護4作為主保護靈敏度增大，作為后備保護可能會誤動。

3 結語

故障在DG上游時，故障點上游保護測得的電流因為不變而不受影響，故障點與DG間的保護測得的電流將會隨DG容量上升而慢慢向上升，同時相鄰線路保護測不到故障電流也不受影響。故障在DG下游時，DG與故障點間保護測得的電流增大，作為主保護動作靈敏度增加，作為后備保護可能誤動。DG上游保護測得的電流減小可能拒動，相鄰線路保護沒有測到短路電流故不受影響。當短路發生在相鄰饋線，DG與故障點之間的保護都會測到短路電流。此電流將會隨DG容量上升而慢慢上升，待上升到足夠大時，可能會使保護不能準確或正確動作。

參考文獻：

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