含DG的配電網閉環運行SFCL最佳位置分析

楊 樂，孫婉婉，李 永

(1.國網江蘇省電力有限公司豐縣供電分公司，江蘇 徐州 221700；2.徐州三新供電服務有限公司豐縣分公司，江蘇 豐縣 221700)

0 引言

三段式電流保護在輻射式配電網中起著重要的作用。由于分布式電源(distributed generation，DG)的存在，配電網失去了它的單向流動性，同時DG 改變了故障電流的大小和方向，使得傳統的三段式電流保護不再滿足要求。超導故障限流器(superconducting fault current limiter，SFCL)在故障時刻限制了故障電流的大小，使得流過繼電保護裝置的故障電流在設定范圍內，不影響傳統電流繼電保護的正確動作。

分布式電源的并網會對輻射式配電網穩定性、電能質量和繼電保護造成影響。為了限制這種影響，文獻[1-2]提出在不改變原有電流保護配置的前提下，對分布式電源接入的容量和位置進行優化，緩解DG 并網帶來的影響。文獻[3-5]研究了在不改變原有保護配置的情況下，利用SFCL 來限制DG 并網帶來的短路電流引起的變化。超導故障限流器是最有效的故障限流裝置。在正常工作情況下，SFCL 不會影響系統的參數；當線路出現故障時，SFCL 會突然顯示大阻抗，不僅限制了故障電流，同時提高了電力系統的穩定性。

以下首先介紹了電阻型SFCL， 并在MATLAB 中搭建了簡單的電力系統模型。通過對DG 并入環網中的影響分析，根據仿真數據得出超導故障限流器安裝的最佳位置，來更有效地減弱DG 對配電網的影響，盡可能小的改造傳統配電網，保證供電可靠性。

1 分布式電源并入環形配電網的影響

如圖1 所示，在簡單的配電網閉環運行模式下，通過對比DG 接入環網前后的仿真數據，發現SFCL 的最佳安裝位置。

圖1 含DG 的配電網閉環模型

圖1 中系統電源S 容量50 MVA 接于母線I,分布式電源DG 容量20 MVA 并網于母線III，線路XY=6 km，XZ=8 km，YZ=2 km，L1 和L2 負荷分別為5 MW 和4 MW，三個故障點A，B，C分別位于每條線路的中點。在MATLAB 中對DG并入環形配電網前和并入配電網后兩種情況進行仿真，具體數據如表1 所示。

表1 不同點發生三相短路時，各測量點的故障電流

根據表1 中的數據對主保護和后備保護進行了柱狀圖比較，可以方便直觀地看出DG 并入后對閉環運行的配電網的影響。根據流過主保護的電流柱狀圖(圖2)可以很清晰的看出，DG 并入配電網前后保護3 和保護4 的故障電流變化最大。由此可以說明DG 并入閉環運行的配電網后對距離并網點最近的繼電保護影響最大。

圖2 有無DG 流過主保護的電流

2 超導故障限流器

分布式電源的并網使得配電網發生故障時，流過繼電保護裝置的故障電流大小和方向會發生改變，從而給傳統輻射式配電網帶來很多問題。為了解決DG 并網的問題，目前主要采用故障發生時，DG 快速離網的方法，這樣配電網又恢復了輻射式，確保了傳統的繼電保護裝置正確動作。但是頻繁地并、離網，不僅影響主網，而且對DG 帶來巨大的損害，同時也沒有發揮DG 的優勢。DG 再次并網時，可能對配電網造成沖擊，不能滿足人們日益追求的高電能質量。SFCL 可以有效地解決DG 并網帶來的電流變化問題。相比于其他類型的超導限流器，電阻型SFCL 在限流方面具有更大的優勢。配電網穩態運行時，SFCL 的電阻幾乎為零；當發生短路故障時，SFCL 顯示較大的電阻值。電阻型超導故障限流器的特性方程式如下：

式中：Rm——SFCL 的最大電阻值；TSC——超導狀態到最大電阻值的時間。

3 SFCL 的最佳位置

根據圖2 可以看出DG 并入閉環運行的配電網后對距離并網點最近的繼電保護影響最大。為了克服DG 并網的影響，采取SFCL 與DG 串聯后并網。根據SFCL 的特性，可以很好地解決DG 并網帶來的電流增大的問題。

4 仿真驗證

在MATLAB 中仿真的數據如表2 所示。

表2 含SFCL 和DG 的配電網閉環模式

根據表1 的數據，做出了流過各繼電保護裝置的故障電流柱狀圖(圖3)，在圖中發現加入SFCL后，DG 提供的故障電流被有效地遏制住了。

圖3 流過主保護的電流對比

5 結論

在MATLAB 中對DG 并入閉環運行的配電網前后進行對比，發現DG 的接入對閉環模式下距離并網點最近的繼電保護裝置具有明顯的增流作用。根據SFCL 的特性，為了削弱DG 并網帶來的影響，SFCL 的最佳接入位置應與DG 串聯。最后通過仿真可以看出此方案不改變原有繼電保護配置，效果明顯。需要說明的是，由于目前SFCL 裝置昂貴，故實際上在DG 出口并不具備安裝SFCL 的條件。